Betsaka ny fampianarana tena tsara eo amin'ny tontolon'ny fampianarana injeniera, saingy matetika ny fandaharam-pianarana naorina manodidina azy ireo dia misy lesoka lehibe iray - ny tsy fahampian'ny firindrana tsara eo amin'ny lohahevitra isan-karazany. Mety hanohitra ny iray: ahoana no mety hitrangan'izany?
Rehefa atsangana ny fandaharan'asa fanofanana, ny fepetra takiana sy ny filaharana mazava tokony hianarana ireo taranja dia aseho ho an'ny taranja tsirairay. Ohatra, mba hananganana sy handrindrana robot mobile primitif, mila mahafantatra mekanika kely ianao mba hamoronana ny rafitra ara-batana; fototry ny herinaratra amin'ny haavon'ny lalàn'i Ohm/Kirchhoff, fanehoana ny famantarana nomerika sy analogue; asa miaraka amin'ny vectors sy matrices mba hamaritana ny rafitra mandrindra sy ny fihetsiky ny robot eny amin'ny habakabaka; fototra amin'ny fandaharana amin'ny haavon'ny fampisehoana angon-drakitra, algorithm tsotra ary rafitra famindrana fanaraha-maso, sns. mba hamaritana ny fitondran-tena.
Voafaoka amin'ny fianarana eny amin'ny oniversite ve izany rehetra izany? Mazava ho azy fa manana. Na izany aza, miaraka amin'ny lalàn'i Ohm/Kirchhoff dia mahazo thermodynamika sy teoria saha isika; ho fanampin'ny asa miaraka amin'ny matrices sy vectors, ny olona iray dia tsy maintsy miatrika ireo endrika Jordania; amin'ny fandaharana, mianatra polymorphism - lohahevitra izay tsy ilaina foana hamaha olana tsotra azo ampiharina.
Mivelatra ny fampianarana eny amin'ny anjerimanontolo - mandeha mivelatra ny mpianatra ary matetika tsy mahita ny dikany sy ny maha-zava-dehibe ny fahalalana azony. Nanapa-kevitra ny hamadika ny paradigma amin'ny fampianarana eny amin'ny anjerimanontolo ao amin'ny STEM (avy amin'ny teny hoe Siansa, Teknolojia, Injeniera, Matematika) izahay ary hamorona programa mifototra amin'ny firindran'ny fahalalana, ahafahana mampitombo ny fahafenoana amin'ny ho avy, izany hoe, izany. midika hoe fifehezana mafy ny taranja.
Ny fianarana sehatra vaovao dia azo ampitahaina amin'ny fikarohana faritra eo an-toerana. Ary eto dia misy safidy roa: na manana sari-tany tena misy antsipiriany isika miaraka amin'ny antsipiriany be dia be mila ianarana (ary mila fotoana be izany) mba hahatakarana ny toerana misy ny mari-pamantarana lehibe sy ny fifandraisan'izy ireo. ; na azonao atao ny mampiasa drafitra primitive, izay manondro ny hevi-dehibe sy ny toerana misy azy ireo - ny sarintany toy izany dia ampy hanombohana avy hatrany amin'ny lalana marina, manazava ny antsipiriany rehefa mandeha ianao.
Nisedra ny fomba fianarana STEM mahery vaika izahay tao amin'ny sekolin'ny ririnina, izay nokarakarainay niaraka tamin'ny mpianatra MIT niaraka tamin'ny fanohanan'ny
Fanomanana ny fitaovana
Ny ampahany voalohany amin'ny fandaharam-pianarana dia herinandro fianarana amin'ny sehatra lehibe, izay nahitana algebra, circuit électrique, maritrano informatika, fandaharana Python ary fampidirana ny ROS (Robot Operating System).
Tsy kisendrasendra no nisafidianana ny torolalana: mifameno, tokony hanampy ny mpianatra hahita ny fifandraisan'ny zavatra toa samy hafa raha vao jerena - matematika, elektronika ary fandaharana.
Mazava ho azy, ny tena tanjona dia tsy ny hanome be dia be ny lahateny, fa ny hanome ny mpianatra ny fahafahana hampihatra ny fahalalana vao azo amin'ny fampiharana.
Ao amin'ny fizarana algebra, ny mpianatra dia afaka manao fanazaran-tena matrix sy famahana ny rafitry ny equations, izay ilaina amin'ny fandalinana ny faritra elektrika. Rehefa nianatra momba ny firafitry ny transistor sy ny singa lojika naorina eo amin'ny fototra, ny mpianatra dia afaka mahita ny fampiasana azy amin'ny fitaovana processeur, ary rehefa avy nianatra ny fototry ny fiteny Python, dia manoratra fandaharana ho an'ny tena robot ao aminy.
Duckietown
Ny iray amin'ireo tanjon'ny sekoly dia ny hampihenana ny asa miaraka amin'ny simulators raha azo atao. Noho izany dia nomanina ny andian-tsarimihetsika elektronika lehibe, izay tsy maintsy nangonin'ny mpianatra teo amin'ny solaitrabe avy amin'ny singa tena izy ary hizaha toetra azy ireo amin'ny fampiharana, ary i Duckietown no voafidy ho fototry ny tetikasa.
Duckietown dia tetik'asa open source ahitana robots tsy miankina kely antsoina hoe Duckiebots sy ny tambazotran'ny lalana izorany. Duckiebot dia sehatra misy kodiaran-kodiarana miaraka amin'ny microcomputer Raspberry Pi sy fakantsary tokana.
Mifototra amin'izany, dia nanomana andiana asa azo atao izahay, toy ny fanamboarana sarintany, fitadiavana zavatra ary fijanonana eo akaikiny, sy ny maro hafa. Azon'ny mpianatra atao ihany koa ny manolotra ny olany manokana ary tsy manoratra programa hamahana azy fotsiny, fa mihazakazaka izany avy hatrany amin'ny robot tena izy.
fampianarana
Nandritra ny lahateny, ny mpampianatra dia nanolotra ny fitaovana tamin'ny fampiasana famelabelarana efa nomanina. Ny kilasy sasany dia voarakitra an-tsary mba hahafahan'ny mpianatra mijery azy ireo any an-trano. Nandritra ny lahateny, nampiasa fitaovana tao amin'ny solosainy ny mpianatra, nametraka fanontaniana ary namaha olana niaraka sy tsy miankina, indraindray teo amin'ny solaitrabe. Miorina amin'ny vokatry ny asa, ny naoty ho an'ny mpianatra tsirairay dia kajy misaraka amin'ny taranja samihafa.
Andeha hodinihintsika amin’ny an-tsipiriany ny fitondran-tena ao amin’ny taranja tsirairay. Ny lohahevitra voalohany dia algebra linear. Nandany andro iray ny mpianatra nandalina ny vectors sy matrices, ny rafitry ny equation linear, sns. Ny asa azo ampiharina dia narafitra tamin'ny fomba ifanakalozan-kevitra: ny olana naroso dia voavaha tsirairay, ary ny mpampianatra sy ny mpianatra hafa dia nanome hevitra sy toro-hevitra.
Ny lohahevitra faharoa dia ny herinaratra sy ny circuit simple. Nianatra ny fototry ny elektrôdinamika ny mpianatra: ny volt, ny courant, ny fanoherana, ny lalàn'i Ohm ary ny lalàn'i Kirchhoff. Ny asa azo ampiharina dia natao tamin'ny ampahany tao amin'ny simulator na vita teo amin'ny solaitrabe, saingy fotoana bebe kokoa no lany tamin'ny fananganana faritra tena izy toy ny circuit logic, circuit oscillating, sns.
Ny lohahevitra manaraka dia ny Architecture Computer - amin'ny lafiny iray, tetezana mampifandray ny fizika sy ny fandaharana. Nianatra ny fototra fototra ny mpianatra, izay manan-danja kokoa amin'ny teorika noho ny azo ampiharina. Amin'ny maha fanazaran-tena, ny mpianatra dia namolavola tsy miankina ny faritra arithmetika sy lojika ao amin'ny simulator ary nahazo isa ho an'ny asa vita.
Ny andro fahefatra dia ny andro voalohany amin'ny fandaharana. Python 2 no nofidina ho fiteny fandaharana satria io no ampiasaina amin'ny fandaharana ROS. Ity andro ity dia narafitra toy izao: ny mpampianatra dia nanolotra ny fitaovana, nanome ohatra momba ny famahana olana, raha nihaino azy ireo ny mpianatra, nipetraka teo amin'ny solosainy, ary namerina izay nosoratan'ny mpampianatra teny amin'ny solaitrabe na slide. Avy eo dia namaha samirery ny olana mitovy amin'izany ny mpianatra, ary nodinihin'ny mpampianatra ny vahaolana avy eo.
Ny andro fahadimy dia natokana ho an'ny ROS: nianatra momba ny fandaharana robot ry zalahy. Nipetraka teo amin’ny solosainy ny mpianatra, nandritra ny androm-pianarana manontolo, ary nampiasa ny kaody fandaharana noresahin’ilay mpampianatra. Afaka nitantana samirery ny tarika ROS fototra izy ireo ary nampahafantarina ihany koa ny tetikasa Duckietown. Tamin'ny fiafaran'io andro io, ny mpianatra dia vonona ny hanomboka ny ampahany amin'ny tetikasa amin'ny sekoly - famahana olana azo ampiharina.
Famaritana ny tetikasa voafantina
Nasaina nanangana ekipa misy telo ny mpianatra ary nifidy lohahevitra iray momba ny tetikasa. Vokatr'izany dia noraisina ireto tetikasa manaraka ireto:
1. Loko calibration. Mila manitsy ny fakantsary i Duckiebot rehefa miova ny toe-pahazavana, noho izany dia misy asa fanaovana calibration mandeha ho azy. Ny olana dia ny loko isan-karazany dia tena saro-pady amin'ny hazavana. Nametraka fitaovana hanasongadinana ny loko ilaina amin'ny frame (mena, fotsy ary mavo) ny mpandray anjara ary manangana faritra ho an'ny loko tsirairay amin'ny endrika HSV.
2. Taxi gana. Ny hevitr'ity tetikasa ity dia ny hoe Duckiebot dia afaka mijanona eo akaikin'ny zavatra iray, maka azy ary manaraka lalana iray. ganagana mavo mamiratra no nofidiana ho zavatra.
3. Fanamboarana sarin'ny lalana. Misy ny asa fanamboarana ny sarin'ny lalana sy ny sampanan-dalana. Ny tanjon'ity tetikasa ity dia ny hananganana sarin'ny lalana nefa tsy manome angon-drakitra momba ny tontolo iainana priori ho an'i Duckiebot, tsy miankina afa-tsy amin'ny angona fakantsary.
4. Fiara fisafoana. Ny mpianatra mihitsy no namorona ity tetikasa ity. Nanolo-kevitra izy ireo ny hampianatra ny Duckiebot iray, “patrol”, hanenjika ny iray hafa, “mpanitsakitsaka”. Ho an'ity tanjona ity, dia nampiasaina ny mekanika famantarana ny tanjona amin'ny fampiasana ny marika ArUco. Raha vantany vao vita ny fanekena dia alefa amin'ny "intruder" ny famantarana mba hamitana ny asa.
Fanamafisana ny loko
Ny tanjon'ny tetikasa Color Calibration dia ny hanitsy ny lokon'ny marika fantatra amin'ny toe-jiro vaovao. Raha tsy misy ny fanitsiana toy izany, dia nanjary tsy nety ny fahafantarana ny tsipika fiatoana, ny mpanasa-dalana ary ny sisin-dalana. Ny mpandray anjara dia nanolotra vahaolana mifototra amin'ny lokon'ny marika mialoha ny fanodinana: mena, mavo ary fotsy.
Ny tsirairay amin'ireo loko ireo dia manana sanda HSV na RGB efa voafaritra mialoha. Amin'ny fampiasana an'io faritra io, dia hita ny faritra rehetra amin'ny frame misy loko mety, ary ny lehibe indrindra no voafidy. Ity faritra ity dia raisina ho loko tokony hotsaroana. Ny raikipohy statistika toy ny kajy ny salan'isa sy ny fiviliana manara-penitra dia ampiasaina amin'ny fanombanana ny loko vaovao.
Voarakitra ao amin'ny rakitra fikirakirana fakan-tsary an'ny Duckiebot ity sehatra ity ary azo ampiasaina any aoriana. Ny fomba fiasa voalaza dia nampiharina tamin'ny loko telo rehetra, ary tamin'ny farany dia namorona salan'isa ho an'ny loko marika tsirairay.
Nasehon'ny fitsapana saika tonga lafatra ny fahafantarana ny tsipika marika, afa-tsy amin'ny tranga izay nampiasan'ny fitaovana fanamarika kasety manjelatra, izay mampiseho mazava tsara ny loharanon-jiro ka avy amin'ny zoro fijerin'ny fakan-tsary dia toa fotsy ny marika, na inona na inona lokony.
Taxi gana
Ny tetikasa Duck Taxi dia tafiditra amin'ny fananganana algorithm hitadiavana mpandeha gana iray ao an-tanàna, ary avy eo mitondra azy any amin'ny toerana ilaina. Nozarain'ireo mpandray anjara ho roa ity olana ity: ny fitadiavana sy ny hetsika manaraka ny grafika.
Ny mpianatra dia nanao fitiliana gana tamin'ny alalan'ny fiheverana fa ny gana dia faritra rehetra ao amin'ny frame izay azo ekena ho mavo, misy telozoro mena (vavaka) eo amboniny. Raha vantany vao hita ny faritra toy izany ao amin'ny frame manaraka, dia tokony hanatona azy ilay robot ary hijanona mandritra ny segondra vitsy, manao simulation ny fipetrahan'ny mpandeha iray.
Avy eo, rehefa voatahiry ao amin'ny fitadidiana mialoha ny sarin'ny lalana an'ny duckietown manontolo sy ny toeran'ny bot, ary mandray ny toerana haleha ho fampidirana, ny mpandray anjara dia manangana lalana avy amin'ny toerana iaingana mankany amin'ny toerana fahatongavana, amin'ny fampiasana ny algorithm an'i Dijkstra hahitana lalana ao amin'ny grafika. . Ny vokatra dia aseho ho andian-baiko - mihodina amin'ny tsirairay amin'ireto sampanan-dàlana manaraka ireto.
Sarin'ny lalana
Ny tanjon'ity tetikasa ity dia ny hananganana kisary - tambajotran'ny lalana ao Duckietown. Ny node amin'ny grafika vokarina dia sampanan-dalana, ary ny arcs dia lalana. Mba hanaovana izany, Duckiebot dia tsy maintsy mikaroka ny tanàna ary mandinika ny làlany.
Nandritra ny asa momba ny tetikasa dia nodinihina ny hevitra momba ny famoronana grafika mavesatra, saingy nariana, izay ny vidin'ny sisiny dia voafaritra amin'ny halavirana (fotoana handehanana) eo anelanelan'ny sampanan-dalana. Ny fampiharana io hevitra io dia hita fa be asa loatra, ary tsy ampy ny fotoana hanaovana izany tao amin'ny sekoly.
Rehefa tonga eo amin'ny sampanan-dalana manaraka i Duckiebot, dia mifidy ny lalana mivoaka amin'ny sampanan-dalana izay mbola tsy nalehany. Rehefa lany ny lalana rehetra amin'ny sampanan-dalana rehetra dia mijanona ao amin'ny fitadidian'ny bot ny lisitry ny sampanan-dalana novokarina, izay avadika ho sary mampiasa ny tranomboky Graphviz.
Ny algorithm natolotry ny mpandray anjara dia tsy nety ho an'ny Duckietown kisendrasendra, fa niasa tsara ho an'ny tanàna kely misy sampana efatra ampiasaina ao anatin'ny sekoly. Ny hevitra dia ny hampiditra marika ArUco amin'ny sampanan-dalana tsirairay misy famantarana ny sampanan-dalana mba hanaraha-maso ny filaharan'ireo sampanan-dalana.
Ny sarin'ny algorithm novolavolain'ireo mpandray anjara dia aseho amin'ny sary.
Fiara fisafoana
Ny tanjon'ity tetikasa ity dia ny hikaroka, hanenjika ary hihazona bota manitsakitsaka ao an-tanànan'i Duckietown. Tsy maintsy mandeha eny amin'ny peratra ivelany amin'ny lalan'ny tanàna ny bot-patrol iray, mitady botin-dehilahy fantatra. Aorian'ny fahafantarana fa misy mpiditra an-keriny dia tsy maintsy manaraka an'ilay mpanafika ny bota patrol ary manery azy hijanona.
Ny asa dia nanomboka tamin'ny fikatsahana hevitra hamantarana bot iray ao anaty frame sy ny fahafantarana ny mpanafika ao anatiny. Nanolo-kevitra ny hampitaovana ny bota tsirairay ao an-tanàna miaraka amin'ny marika tokana ao ambadika ny ekipa - toy ny fiara tena izy manana laharan'ny fisoratana anarana. Ireo marika ArUco dia nofidina ho an'ity tanjona ity. Efa nampiasaina tany duckietown teo aloha izy ireo satria mora ny miasa ary mamela anao hamantatra ny fiorenan'ny marika eny amin'ny habakabaka sy ny halaviran'izany.
Manaraka izany, ilaina ny miantoka fa ny bota patrol dia nihetsika mafy tao amin'ny faribolana ivelany tsy nijanona teo amin'ny sampanan-dalana. Amin'ny alàlan'ny default, mihetsika amin'ny lalana iray i Duckiebot ary mijanona eo amin'ny tsipika fiatoana. Avy eo, miaraka amin'ny fanampian'ny famantarana ny lalana, dia mamaritra ny fanamafisam-peo amin'ny sampanan-dalana izy ary manao safidy momba ny lalan'ny lalan'ny sampanan-dalana. Ho an'ny dingana tsirairay voalaza dia tompon'andraikitra ny iray amin'ireo fanjakana amin'ny milina fanjakana voafetran'ny robot. Mba hialana amin'ny fijanonana eo amin'ny sampanan-dalana dia novain'ny ekipa ny milina fanjakàna ka rehefa nanatona ny tsipika fiatoana dia nivadika avy hatrany tamin'ny toetry ny fiara mizotra mivantana amin'ny sampanan-dalana ilay bot.
Ny dingana manaraka dia ny famahana ny olana amin'ny fampiatoana ny bot intruder. Ny ekipa dia nanao ny fiheverana fa afaka mahazo SSH miditra amin'ny bots tsirairay ao an-tanàna ny bota patrol, izany hoe, manana fampahalalana sasantsasany momba ny angon-drakitra fanomezan-dàlana sy ny ID ananan'ny bot tsirairay. Noho izany, taorian'ny nahitana ilay mpanafika dia nanomboka nifandray tamin'ny alalan'ny SSH tamin'ny bot mpanafika ny bota patrol ary nanakatona ny rafitra.
Rehefa avy nanamafy fa vita ny baikon'ny fanakatonana dia nijanona ihany koa ny bot-patrol.
Ny algorithm miasa amin'ny robot patrol dia azo aseho toy izao manaraka izao:
Miasa amin'ny tetikasa
Ny asa dia nokarakaraina tamin'ny endrika mitovy amin'ny Scrum: isa-maraina ny mpianatra dia nanomana asa ho an'ny andro ankehitriny, ary ny hariva dia nanao tatitra momba ny asa vita.
Tamin'ny andro voalohany sy farany, ny mpianatra dia nanomana famelabelarana mamaritra ny asa sy ny fomba hamahana izany. Mba hanampiana ireo mpianatra hanaraka ny drafitra nofidiany, dia nanatrika tsy tapaka tao amin’ireo efitrano nanaovana ny tetikasa ny mpampianatra avy any Rosia sy Amerika, namaly fanontaniana. Ny fifandraisana dia natao tamin'ny teny anglisy voalohany indrindra.
Vokatra sy ny fampisehoana azy ireo
Naharitra herinandro ny asa tamin’ireo tetikasa, ary avy eo dia nanolotra ny vokatra azony ireo mpianatra. Nanomana famelabelarana ny tsirairay izay niresahan’izy ireo ny zavatra nianarany tao amin’ity sekoly ity, inona no lesona lehibe indrindra nianarany, inona no tiany na tsy tiany. Taorian’izay dia samy nanolotra ny tetikasany ny ekipa tsirairay avy. Nahavita ny asany ny ekipa rehetra.
Namita ny tetikasa haingana kokoa noho ny hafa ny ekipa nampihatra ny calibration loko, noho izany dia nanam-potoana hanomanana antontan-taratasy momba ny fandaharan'asany ihany koa izy ireo. Ary ny ekipa miasa amin'ny tabilaon'ny lalana, na dia tamin'ny andro farany talohan'ny fampisehoana tetikasa aza, dia nanandrana nanatsara sy nanitsy ny algorithms.
famaranana
Rehefa vita ny fianarana, dia nasainay ny mpianatra hanombantombana ny hetsika taloha ary hamaly fanontaniana momba ny fomba nahafeno ny zavatra andrasany ny sekoly, inona ny fahaiza-manao azony, sns. Ny mpianatra rehetra dia nanamarika fa nianatra niasa tao anaty ekipa izy ireo, nizara asa ary nandamina ny fotoanany.
Nasaina naoty ihany koa ireo mpianatra ny mahasoa sy ny fahasarotan’ny taranja nalainy. Ary teto dia nisy vondrona fanombanana roa niforona: ho an'ny sasany tsy dia nanasarotra loatra ny fampianarana, ny hafa nanamarika azy ireo ho sarotra be.
Midika izany fa nandray ny toerana mety ny sekoly tamin'ny alàlan'ny fijanonana ho azon'ireo vao manomboka amin'ny sehatra iray manokana, fa koa manome fitaovana ho an'ny famerimberenana sy fanamafisana ny mpianatra za-draharaha. Marihina fa ny taranja fandaharana (Python) dia saika nomarihin’ny rehetra ho tsy sarotra fa mahasoa. Araka ny filazan'ny mpianatra, ny taranja sarotra indrindra dia ny "Architecture Computer".
Rehefa nanontaniana ny mpianatra momba ny tanjaka sy ny fahalemen'ny sekoly dia maro no namaly fa tiany ny fomba fampianarana nofidiana, izay nanomezan'ny mpampianatra fanampiana haingana sy manokana ary namaly fanontaniana.
Nanamarika ihany koa ireo mpianatra fa tiany ny miasa amin'ny fomba fandrindrana ny asany isan'andro ary mametraka ny fe-potoanany manokana. Amin'ny maha-fatiantoka azy, ny mpianatra dia nanamarika ny tsy fahampian'ny fahalalana nomena, izay takiana amin'ny fiaraha-miasa amin'ny bot: rehefa mampifandray, mahatakatra ny fototra sy ny fitsipiky ny asany.
Saika ny mpianatra rehetra no nanamarika fa nihoatra ny nantenainy ny sekoly, ary izany dia manondro ny lalana mety amin'ny fandaminana ny sekoly. Noho izany, ny fitsipika ankapobeny dia tokony hotazonina rehefa mandamina ny sekoly manaraka, amin'ny fiheverana ary, raha azo atao, ny fanafoanana ireo lesoka voamariky ny mpianatra sy ny mpampianatra, angamba ny fanovana ny lisitry ny taranja na ny fotoana ampianarany.
Mpanoratra lahatsoratra: ekipa в
PS Manana anarana vaovao ny bilaogin'ny orinasanay. Ankehitriny dia natokana ho an'ny tetikasa fanabeazana an'ny JetBrains.
Source: www.habr.com
