Навигация мобильного робота: одометрия, гироскоп, карта и маршрут — тест

Чтобы доставить посылку по складу, роботу мало ехать прямо — он должен знать, где находится, куда смотрит и как обойти стеллажи. Модуль «Автономное перемещение робота и ориентация в пространстве» связывает датчики, фильтры и алгоритмы на графах. Работа проверяет, понимает ли ученик, откуда берутся ошибки навигации и как их исправляют.

Темы работы

Одометрия: путь и поворот по показаниям энкодеров, накопление ошибки из-за проскальзывания. Гироскоп и акселерометр: что измеряет каждый, дрейф гироскопа, угол как интеграл угловой скорости. Фильтры показаний — скользящее среднее, медианный, комплементарный. Локализация по внешним ориентирам: линии, метки, маяки. Карта местности в виде сетки клеток, построение маршрута волновым алгоритмом и обходом в ширину, идея алгоритма A*.

Формат

Пятнадцать заданий: вычислить угол поворота по угловой скорости, медиану серии показаний, длину маршрута по сетке, сопоставить датчик и его типичную ошибку, расставить шаги волнового алгоритма, дополнить текст о комплементарном фильтре. Двадцать пять минут.

Разбор

Пояснения объясняют, почему одна одометрия уводит робота в сторону через несколько метров, почему медианный фильтр лучше среднего справляется с одиночными выбросами дальномера и почему хорошая навигация всегда сочетает внутренние датчики с внешними ориентирами.

Где использовать

Работа подходит после модуля об автономном перемещении в десятом классе и как подготовка к олимпиадным задачам НТИ, где роботу нужно построить маршрут по карте поля и проехать его без потери ориентации. Ошибки в заданиях о фильтрах подскажут, что повторить перед написанием собственного кода навигации.

Форматы и условия прохождения

Тестирование одинаково удобно и на компьютере, и на смартфоне. Учитель может задать период, в течение которого доступен тест, поэтому его допустимо выполнять и дома. От списывания помогает наблюдение за переходами в другие вкладки и приложения в ходе прохождения.