Semana 4
Dando sentidos ao robô
Leia valores reais de sensores, encontre limiares e calibre um robô para poder confiar no que ele percebe.
- 70 a 85 minutos
- Missão: Ler um sensor em condições variadas, encontrar um limiar e calibrá-lo para as leituras serem confiáveis nesta sala.
Agora que o robô anda e segue instruções, os estudantes dão sentidos a ele. Eles conhecem os sensores de toque, distância, luz e cor e aprendem que uma leitura de sensor é um número que o robô consegue medir. Descobrem que um limiar é um ponto de corte que transforma números em "perto ou longe" e "claro ou escuro", que todo sensor tem limites de detecção, e que as leituras oscilam um pouco (ruído), então é preciso tirar várias e calibrá-las para esta sala e este robô. Depois de ler e calibrar, eles programam uma parada baseada em sensor: o robô anda e usa o sensor de distância para frear bem antes de uma parede, de modo que enfim um limiar controla uma ação de verdade. O comportamento automático completo, com laços de repetição e condições ao longo de uma missão inteira, vem na semana que vem.
Ao terminar esta semana, você vai conseguir
- Nomear os sensores de toque, distância, luz e cor, e o que cada um mede
- Ler o valor de um sensor e explicar que uma leitura é um número, não um sim ou não
- Encontrar um limiar que separe perto de longe, ou claro de escuro
- Explicar limites de detecção, ruído e por que se tiram várias leituras
- Calibrar um sensor para as leituras dele serem confiáveis nesta sala e com este robô
Aprender
Quatro sentidos que um robô pode ter
Um robô percebe o mundo por meio de sensores. Quatro dos mais comuns são o sensor de toque (está sendo pressionado?), o de distância (a que distância está a coisa mais próxima?), o de luz (o quanto está claro?) e o de cor (de que cor é a superfície?).
Cada sensor mede uma coisa só. Um sensor de distância não sabe dizer a cor, e um sensor de cor não sabe dizer a distância. Escolher o sensor certo para cada tarefa faz parte da robótica.
Por exemplo: Toque: o botão de uma campainha; Distância: o bipe de ré de um carro; Luz: a tela de um celular que escurece no escuro; Cor: uma máquina que separa a reciclagem por cor
Uma leitura é um número, não um sim ou um não
A maioria dos sensores não diz só "sim" ou "não": eles dão um número chamado leitura do sensor. Um sensor de distância pode marcar 12 centímetros; um de luz pode marcar um brilho de 47.
Como é um número, a leitura muda aos poucos conforme o mundo muda. Se você aproxima uma parede, o número da distância diminui. Se a sala fica mais clara, o número da luz aumenta.
Por exemplo: Sensor de distância: 12 cm, 30 cm, 85 cm; Sensor de luz: de 10 (escuro) até 90 (bem claro); O sensor de toque é a exceção: ele costuma marcar pressionado ou não pressionado
Um limiar transforma números em decisões
Um limiar é um número de corte que você escolhe para separar dois casos. Se você escolher 15 centímetros, qualquer leitura abaixo de 15 quer dizer "perto" e qualquer leitura acima de 15 quer dizer "longe".
O robô não escolhe o seu limiar por você: você o encontra observando as leituras e escolhendo um valor que separe bem os casos que lhe interessam. Nesta semana você só encontra e anota limiares; na semana que vem o robô vai usá-los para reagir.
Por exemplo: Corte entre perto e longe em 15 cm; Corte entre claro e escuro num brilho de 40; Corte de um seguidor de linha entre a linha preta e o chão branco
Limites de detecção: todo sensor tem um alcance
Nenhum sensor consegue perceber tudo. Um sensor de distância para de funcionar além de certo alcance: ele pode ler bem até uns 2 metros e dar besteira depois disso. Esse ponto mais distante em que ele ainda percebe é o limite de detecção dele.
Os sensores também têm um limite por perto: encoste uma parede perto demais de um sensor de distância e a leitura fica estranha. Conhecer os limites mostra onde você pode confiar no sensor e onde não pode.
Por exemplo: Um sensor de distância que não lê além de uns 2 m; Um sensor de cor que precisa da superfície bem perto, quase encostada; Um sensor de luz confundido por uma janela muito clara
Ruído: por que uma leitura só não basta
Aponte um sensor de distância para uma parede que não se mexe e leia várias vezes. Você pode obter 30, 31, 30, 29, 31: o número oscila um pouco mesmo sem nada ter mudado. Essa oscilação se chama ruído.
Por causa do ruído, uma leitura só pode enganar você. Quem faz ciência e robótica tira várias leituras e usa a do meio ou a média, o que é bem mais confiável do que um número só.
Por exemplo: Leituras de 30, 31, 30, 29, 31 numa parede parada; Um sensor de luz que oscila quando passa uma nuvem; Tirar de 3 a 5 leituras e compará-las
Calibração e confiabilidade
Calibrar quer dizer conferir ou ajustar um sensor para as leituras dele ficarem corretas nesta sala e com este robô. Um sensor de luz lê diferente numa sala ensolarada e numa sala escura, então o mesmo limiar não funciona em todo lugar: você o calibra para a sala em que está.
Um sensor que você calibrou e testou é confiável: dá para contar que ele vai dar sempre a mesma resposta correta. A confiabilidade é o que mais importa: um robô que percebe errado age errado.
Por exemplo: Tirar uma leitura "escura" e uma "clara" e usar o meio como limiar; Reconferir o limiar de distância depois de mudar de sala; Confirmar que o sensor de cor distingue vermelho de azul nas suas superfícies de verdade
Palavras para conhecer
- Sensor de toque:
- Um sensor que indica se está sendo pressionado ou não, como um botão ou um para-choque.
- Sensor de distância:
- Um sensor que mede a que distância está o objeto mais próximo, normalmente em centímetros.
- Sensor de luz:
- Um sensor que mede o quanto está claro ou escuro, dando um número maior quando há bastante luz.
- Sensor de cor:
- Um sensor que lê a cor da superfície bem à frente dele, como vermelho, azul ou branco.
- Leitura do sensor:
- O número que um sensor dá num certo momento, como 20 centímetros ou um brilho de 47.
- Limiar:
- Um número de corte que você escolhe e que separa dois casos, como "mais perto do que 15 cm quer dizer perto".
- Limite de detecção:
- O ponto a partir do qual um sensor não consegue mais perceber, como um sensor de distância que não lê além de uns 2 metros.
- Calibração:
- Ajustar ou conferir um sensor para as leituras dele ficarem corretas nesta sala e com este robô.
- Ruído:
- Pequenas oscilações numa leitura mesmo quando nada muda, e é por isso que se tiram várias leituras.
- Confiabilidade:
- O quanto você pode confiar que um sensor vai dar a mesma leitura correta toda vez.
- Tentativa:
- Uma única medição dentro de um teste; normalmente se fazem várias tentativas e se comparam.
- Linha de base:
- Uma leitura inicial que você tira numa condição conhecida e estável, para comparar as outras leituras com ela.
Segurança em primeiro lugar
Leia isto antes de montar ou colocar um robô para funcionar nesta semana.
- Caution:Mantenha o robô numa superfície estável e cuidado com as rodas ao movê-lo entre os pontos de teste.
- Caution:Guie quem estiver fazendo o papel de "sensor humano" vendado e deixe o chão livre para ninguém tropeçar.
- Caution:Não aponte a lanterna direto para os olhos de ninguém ao testar sensores de luz.
- Note:Salve o seu registro de leituras com frequência para que atualizar o navegador não apague os seus dados.
Mãos à obra
Escolha o seu caminho
Dá para fazer este curso com um kit de robótica, com o simulador no navegador, ou sem eletrônicos, com materiais de casa. Escolha um: você pode trocar quando quiser sem perder o seu trabalho.
Laboratório de investigação de sensores
Kit de robóticaMedir como a leitura de um sensor muda conforme uma condição muda, e encontrar um limiar que separe bem dois casos.
- Escolha uma condição para mudar passo a passo (a distância até uma parede, o brilho ou a cor da superfície) e leia o sensor a cada passo.
- Anote cada leitura no registro. Depois olhe os números e escolha um limiar: um valor de corte que separe "perto de longe" ou "claro de escuro".
- Lembre-se: nesta semana o robô só lê e relata. Quem decide o que os números significam é você.
Leia um sensor de verdade em condições medidas
Você precisa de: Um robô programável com um sensor, Fita métrica ou régua, Uma parede ou caixa, Folha de atividade Registro de Leituras do Sensor
Passos
- 1Monte o sensor e carregue um programa curto que leia o sensor e mostre ou relate o valor (ler sensor, depois esperar, depois parar).
- 2Para um sensor de distância: coloque uma parede a 10 cm, 20 cm, 40 cm e 80 cm e anote a leitura em cada caso. Para um sensor de luz: leia o valor sob uma luz forte, sob a luz normal da sala, e com a mão tapando.
- 3Olhe os seus números e escolha um limiar; por exemplo, uma distância abaixo da qual você chamaria alguma coisa de "perto", ou um brilho abaixo do qual você a chamaria de "escura".
- 4Escreva o seu limiar no registro e uma frase explicando por que escolheu esse número.
Como é quando dá certo: Uma tabela de leituras que claramente diminuem conforme a parede se aproxima (ou aumentam conforme fica mais claro), e um limiar escolhido que separa perto de longe.
- Pelo menos quatro leituras registradas em condições diferentes
- As leituras mudam numa direção que faz sentido
- Um valor de limiar é escolhido e justificado numa frase
Segurança: Mantenha o robô na mesa ou no chão para ele não cair enquanto você lê o visor.
Se não funcionar
- A leitura fica pulando e não se estabiliza
- - Isso é ruído: tire três leituras em cada distância e use a do meio.
- A leitura de distância fica travada num número grande, faça o que fizer
- - Talvez você esteja além do limite de detecção do sensor ou apontando para o nada; aponte direto para uma parede plana a menos de um metro.
Vá além: Mude para outra sala, leia de novo as suas condições e confira se o seu limiar ainda funciona ou precisa ser recalibrado.
Laboratório da semana 4
Laboratório de investigação de sensores
Coloque um objeto em distâncias diferentes e teste uma superfície clara e uma escura. Leia os valores do sensor ao vivo, anote na sua tabela e escolha um limiar. Um sensor devolve uma medição (um número), e não uma compreensão do que o objeto é.
Prepare o teste
Leitura do sensor ao vivo
Esses valores se atualizam assim que você muda a montagem. Mesma montagem, mesmos números, sempre.
- Distância
- 2 casas
- Toque
- Não pressionado
- Luz
- 80 de 100
- Em cima de uma linha
- Não
A sua tabela de dados
Record at least three readings. Try different distances, an edge-of-range reading, the same reading twice, a light surface, and a dark surface.
| O que eu configurei | Distância | Luz | Observações | Remover |
|---|---|---|---|---|
| Ainda não há leituras. Prepare um teste acima e aperte \u201cAdicionar a leitura atual\u201d. | ||||
0 readings recorded.
Escolha um limiar
A threshold is the number your robot compares against to decide. Here: if the distance is at or below your threshold, the robot calls the object NEAR.
Escreva um número de limiar para ver o que o robô decidiria agora.
Anote pelo menos três leituras e escreva um limiar para terminar este laboratório.
Tudo o que está nesta página é salvo somente neste aparelho.
Desafio de calibração e limiar
Kit de robóticaLidar com o ruído tirando várias leituras e depois calibrar um limiar de claro ou escuro (ou perto ou longe) que funcione de forma confiável nesta sala.
- Escolha uma condição estável e tire várias leituras da mesma coisa sem mudar nada; repare o quanto o número oscila. Essa oscilação é o ruído.
- Tire uma leitura numa condição claramente "baixa" e outra numa claramente "alta" (escuro x claro, ou perto x longe). Coloque o seu limiar no meio, para ele separar bem os dois.
- Teste o seu limiar: confira se as leituras da condição baixa caem de um lado e as da condição alta do outro. Se não caírem, ajuste: isso é calibrar.
Calibre um limiar no sensor de verdade
Você precisa de: Um robô programável com sensor de luz ou de distância, Cartões coloridos ou em tons diferentes, ou uma parede, Folha de atividade Registro de Leituras do Sensor
Passos
- 1Leia cinco vezes o mesmo alvo parado e anote os cinco números para enxergar o ruído.
- 2Leia três vezes uma superfície claramente "escura" (ou uma parede longe), e depois três vezes uma claramente "clara" (ou uma parede perto).
- 3Coloque o seu limiar na metade do caminho entre a média escura e a média clara.
- 4Teste: mostre ao sensor várias superfícies escuras e claras e confirme que cada uma cai do lado certo do seu limiar. Ajuste se alguma cair do lado errado.
Como é quando dá certo: Um limiar calibrado que separa corretamente superfícies escuras e claras (ou perto e longe) nesta sala, ao longo de várias conferências.
- Cinco leituras de ruído registradas
- Médias escura e clara registradas
- Um limiar definido entre elas
- As superfícies de teste são separadas corretamente, ou o limiar é ajustado até isso acontecer
Segurança: Mantenha os fios longe das rodas enquanto você move o robô para testar superfícies.
Se não funcionar
- Às vezes uma superfície cai do lado errado
- - As duas condições podem estar perto demais uma da outra, ou o ruído está grande; mude o limiar ou use superfícies com mais contraste.
- O conjunto inteiro de leituras se deslocou desde antes
- - A luz da sala mudou: recalibre agora, e é exatamente por isso que a calibração importa.
Vá além: Leve o robô para um lugar mais ensolarado ou mais escuro e calibre um limiar novo para aquela sala.
Programe o robô
Build a program from blocks, then run it on the simulator. On the kit path, use the same steps in your robot's app; unplugged, act the blocks out on a floor grid. Your program saves on this device.
Desafio de parada por sensor
Programe o robô para andar para a frente enquanto observa o sensor de distância e depois parar na casa bem antes da parede, usando o limiar que você encontrou. Faça três tentativas, ajuste a velocidade ou o limiar entre elas, e explique o seu ajuste final nas observações.
Adicionar um bloco
Eventos e execução
Movimento
Controle
Dados
Saída
Variáveis e contadores
O seu programa
- Andar
- Robô (a seta aponta para onde ele olha)
- Zona de objetivo (contorno tracejado)
- Parede (cinza, com um X)
Mapa: Uma grade de 4 por 1. O robô começa na coluna 1, linha 1, virado para direita. A zona de objetivo fica na coluna 3, linha 1. Há 1 parede.
Pronto.
Pronto para rodar. · 0 steps
Estado do robô
- Coluna
- 1
- Linha
- 1
- Virado para
- direita
- Distância à frente
- 2 casas
- Toque
- livre
- Em cima de uma linha
- não
- Luz
- 80
- Na zona de objetivo
- não
- Colisões
- 0
- Passos
- 0
Robô na coluna 1, linha 1, virado para direita. Distância à frente: 2 casas. Toque: livre. Em cima de uma linha: não. Luz: 80. Fora da zona de objetivo.
Saída do log
Nada registrado ainda.
- Heads up: This program has no safe stop behavior. Add a safe stop so the robot stops when it is done or blocked.
Preveja
Commit to a guess before you test - then see how close you were. Your predictions save automatically.
Como conferir: Coloque a parede a 40 cm, leia o sensor três vezes e compare a leitura do meio com a sua previsão.
Como conferir: Tire cinco leituras sem mexer em nada e veja se elas batem exatamente ou se oscilam um pouco (ruído).
Testar e melhorar
Tabela de distância x leitura
Coloque a parede (ou ajuste a condição) em cada distância da lista, tire a leitura do sensor e anote o número. Se oscilar, use a do meio de três leituras.
O que medir: A leitura do sensor em cada distância definida, e se você a chamaria de perto ou longe
| Distância definida (cm) | Leitura do sensor | Perto ou longe? |
|---|---|---|
Verificação de ruído em três tentativas
Escolha uma condição e não mude nada. Leia o sensor três vezes seguidas e anote cada leitura para ver o quanto ela oscila.
O que medir: O quanto a leitura muda entre tentativas quando nada está mudando (o ruído)
| Tentativa | Leitura do sensor | Diferença em relação à tentativa 1 |
|---|---|---|
Verificação de aprendizagem
Responda a estas perguntas para conferir se você entendeu leituras de sensores, limiares, ruído e calibração.
1. Ligue cada sensor ao que ele mede.
Escolha o par de cada item.
Sensor de distânciaSensor de luzSensor de toqueSensor de cor2. Com as suas palavras, o que é um limiar de sensor?
3. O que é uma leitura de sensor?
4. Um sensor de distância marca 30 cm diante de uma parede e 12 cm diante de uma parede mais próxima. O que isso mostra sobre como a leitura funciona?
5. Você quer que o robô trate como "perto" tudo o que estiver a menos de 15 cm. Como se chama esse número 15?
6. Você lê a mesma parede parada cinco vezes e obtém 30, 31, 30, 29, 31. Por que os números oscilam?
7. O seu limiar de claro ou escuro funcionou na sala de aula, mas falha numa sala ensolarada. O que você deve fazer?
0 de 7 respondidas
Refletir
As suas reflexões são salvas sozinhas.
O que vem na semana que vem
Semana que vem o robô para de só relatar números e começa a reagir a eles sozinho, usando laços de repetição e condições com os limiares que você encontrou.
- Guarde os limiares que você calibrou nesta semana: você vai usá-los para o robô decidir na semana que vem.
- Carregue o seu kit ou salve o simulador nos favoritos.
- Pense numa regra simples como "se a parede estiver mais perto do que o meu limiar, então vire": é isso que você vai construir.
Termine a semana 4
Conclua estes itens para encerrar a semana e desbloquear a próxima:
- Registrar leituras de sensor em condições variadas no Laboratório de investigação de sensores (not done yet)
- Escolher e calibrar um limiar no Desafio de calibração e limiar (not done yet)
- Acertar pelo menos 4 de 5 na verificação de aprendizagem (not done yet)
- Escrever a sua reflexão (not done yet)