Запускаем дронов!

Totoro 2014-12-24 8 минут на чтение

Дроны - как керосин. Они есть везде.

Еще года два назад это было просто еще одно интересное видео на Ютубе. Год назад они вдруг оказались в интернет магазинах. Затем просочились в рекламу на ТВ, и вот теперь - они есть и в OpenComputers!

Пришла пора с ними разобраться.

1. Матчасть

Дрон, в данном случае - квадрокоптер, это беспилотный летающий аппарат, приводимый в движение двумя парами горизонтальных винтов. Приостанавливая вращение винтов с одного боку, дрон двигается в сторону (стрейф).

Эти винты вращаются в разном направлении (два - по часовой срелке и два - против), за счет чего дрон не нуждается в стабилизирующем хвостовом пропеллере (как вертолет). За счет этого же он и разворачивается в воздухе, замедлив вращение однонаправленной пары винтов.

Дрон обладает небольшой массой, для экономии энергии, которой у него не много (на 10-30 минут полета в среднем).

(с) Википедия

2. Дроны и OpenComputers

Приблизительное изображение дрона в OpenComputers =):

В мире Майнкрафта дрон представляет из себя "сущность" (Entity). Это значит, что он обладает возможностями мобов Майнкрафта. (В то время как робот - это блок.)

Его можно сдвинуть с места толкая. Он умеет пролетать сквозь двери и калитки (в отличии от робота). Он движется не последовательно, из блока в блок, а из точки в точку. Причем маршрут может лежать по диагонали.

Конечно, движется он по кратчайшей линии, и если на пути окажется стена - дрон столкнется с нею.

Программирование дрона как две капли воды похоже на программирование микроконтроллера. Вы точно так же записываете программу на EEPROM, и при необходимости меняете ее на верстаке.

Только в отличии от контроллера, вам становится доступен новый компонент: drone.

Подробнее об командах дрона можно узнать здесь: OpenComputers/Дрон.
(Или здесь: ocdoc.wiki (англ.))

3. План

Нужна какая-нибудь несложная задача, для целей эксперимента. Используем программку send из предыдущего поста, для удаленного управления.
Зальем ее на планшет.

А дрон пусть... носит свиней. Будем оригинальными и непоследовательными.

Команда add X Y Z Name From. Добавляем точку Name к маршруту, цепляя ее к точке From. Зададим дрону последовательность точек, которые образуют граф - безопасные маршруты.
Команда catch - дрон ловит свинью.
Команда drop - дрон выпускает свинью.
Команда to X - дрон летит в точку Х.

Для начала не будем особо заморачиваться с графом маршрутов. Это будет простое неориентированное дерево.

Примерно такое:

4. Строим полигон

Построим что-нибудь подходящее для тестов. Отметим ключевые точки будущего графа красными блоками.

А синий блок - будет стартовой площадкой дрона.

Поскольку я играю без модов на энергию, мой планшет и дрон будут работать вечно. И я не заморачиваюсь станцией подзарядки.

Иначе, к схеме выше было бы необходимо добавить станцию, где дрон мог бы зарядить аккумулятор.

5. Пишем программу

Скрипт для удаленного управления скопипастим из прошлого поста, подправим, чтобы умела отправлять несколько переменных и зальем на планшетик, для удобства.

(Для этого, соберите планшет - не забудьте клавиатуру и видеокарту! - положите его в зарядник и запустите с подключенного компа команду install. Укажите адрес винчестера планшета - и все, что было у вас на компе автоматически загрузится в планшет, включая даже ваши собственные программы.)

local com = require('component')
local modem = com.modem

local args = {...}

modem.broadcast(27, table.unpack(args))
io.write("Message: ")
print(table.unpack(args))

Далее - более сложная часть. Программа дрона. Программа предназначена для EEPROM. Значит соблюдаем те же правила: используем computer, component и API имеющихся у дрона компонентов. Включая его родной компонент drone.

В нашем случае, дрон вооружен апргейдом-лассо (leash) и беспроводной сетевой картой (modem) для связи.

Стоит отметить, что процесс отладки программы (по крайней мере в текущем билде мода) достаточно неудобен. В случае ошибки дрон отказывается включиться, издав тонкий писк, и не выводя никакой информации. Получить отчет об ошибке при помощи анализатора не выйдет - ведь Shift+ПКМ просто снимает дрона. Автор обещал в скором времени это исправить. Ну а пока - помучаемся.

Отредактировать чип в стороннем редакторе, не вынимая его из дрона тоже не выйдет. В отличии от файловых систем, которые имеют удобную папку вида /saves/World/opencomputers/xxxxxxxx-xxxx-xxxx-xxxx-xxxxxxxxxxxx/, чипы EEPROM хранят свой код в NBT тегах предмета. Этим же обусловлено и ограничение размера кода в 4 килобайта.

5.1. Основная часть

Это цикл который ждет указаний, а затем запускает соответствующую функцию.

drone = component.proxy(component.list("drone")())
modem = component.proxy(component.list("modem")())
leash = component.proxy(component.list("leash")())

modem.open(27)

route = {}
path = {}
current = ""

while true do
  name, _, sender, _, _, message, x, y, z, point, from = computer.pullSignal(1)
  if name == "modem_message" then
    if message == 'add' then
      add(tonumber(x), tonumber(y), tonumber(z), point, from)
      if current == "" then current = point end
    elseif message == 'to' then
      to(x)
    elseif message == 'catch' then
      catch()
    elseif message == 'drop' then
      drop()
    end
  end
  if #path > 0 and drone.getOffset() < 1 then
    drone.move(route[path[#path]].x-route[current].x,
      route[path[#path]].y-route[current].y,
      route[path[#path]].z-route[current].z)
    current = path[#path]
    path[#path] = nil
  end
end

modem.close()

Чтобы облегчить себе жизнь (и тестирование BIOS), вы можете сделать так: напишите заглушку для компонента drone (и других, если надо), вроде этой.

Просто скопируйте в папку на компьютере, где вы пишете программу для дрона.

Затем измените первые строки программы следующим образом:

component = require('component')
computer = require('computer')
drone = require('drone')
modem = component.modem
-- leash = component.proxy(component.list("leash")())

Затем добавьте в цикл условие выхода по нажатию кнопки:

if name == 'key_down' then break end

И вы можете просто запустить вашу программу для дрона на компьютере.

Разумеется полноценной эмуляцией дрона тут и не пахнет, зато очень удобно отслеживать глупые синтаксические и логические ошибки.

Как устроен код основного цикла? Переменная route - хранит таблицу "вейпоинтов" (waypoints). Это вершины графа и информация о связях между ними. Переменная path - хранит путь от текущей вершины до цели. Переменная current - отмечает текущее местоположение дрона в графе.

В цикле мы читаем получаемые сообщения и вызываем соответствующие функции. Первая переданная вершина считается дроном текущей.

Во второй части цикла происходит проверка. Если путь до цели - не пуст (это значит, что дрону надо куда-то лететь) и дрон уже долетел до текущей вершины (getOffset()), то программа берет следующую вершину из path, отправляет дрона к ней и объявляет ее текущей.

5.2. Функции-команды

Теперь последовательно добавим функции для каждой команды.

function add(x, y, z, name, from)
  route[name] = {x=x, y=y, z=z, link = {}}
  if from ~= nil then
    if route[name] == nil or route[from] == nil then
      drone.setStatusText("Error!")
    else
      table.insert(route[name].link, from)
      table.insert(route[from].link, name)
    end
  end
end

Тут все просто. Пишем вершину в список. Если он связана с другой вершиной (from ~= nil), то в специальную табличку link заносим две связи: из name в from, и из from в name.

function search(target, point, prev)
  for key, name in pairs(route[point].link) do
    if name == target then
      table.insert(path, point)
      return true
    end
  end
  for key, name in pairs(route[point].link) do
    if name ~= prev then
      if search(target, name, point) then
        table.insert(path, point)
        return true
      end
    end
  end
  return false
end

function to(name)
  path = {}
  table.insert(path, name)
  search(name, current)
end

Функция to обнуляет старый путь (на всякий случай), затем вставляет в него цель пути (name) и запускает функцию search, которая рекурсивно ищет и записывает остальные промежуточные вершины на маршруте от name до current (текущей локации).

Функция search сделана достаточно примитивно (возможно вы предложите более эффективный способ?). Поскольку мы договорились, в целях упрощения использовать граф-дерево (не содержаший петель), от любой точки к другой существует один и только один маршрут, который функция и находит перебором связанных вершин.

function catch()
  for c = 2, 5 do
    if leash.leash(c) then
      return true
    end
  end
  return false
end

function drop()
  leash.unleash()
end

Тут все элементарно.

6. Подготовка

Пишем программу на дрона, заряжаем планшет и выдвигаемся в зону действий. Дрона ставим на синий куб (стартовая площадка) и включаем.

После уточнения на местности, составляем карту вейпоинтов и строим на бумажке будущий граф:

Для каждого загона добавлены две точки - name и name_up. Основные "трассы" дрона лежат на высоте в 6 блоков. А в каждом загоне спускаются к земле. (Чтобы заарканить животное, выстреливая лассо вбок, дрону желательно находиться на одном уровне с жертвой).

С планшета вносим координаты в память дрона. Примерно так:

Главное - не ошибиться. Т.к. в код не была добавлена защита "от дурака" =)

Алгоритм позволяет добавлять вершину "на лету". В любой момент вы можете добавить еще одну ветку к схеме.

Теперь все готово к тесту.

7. Запуск

Все готово.

Проверим, как он двигается.

Введем send to sheeps в консоль планшета. Дрон уверенно поднимается в воздух и опускается в загоне в овцами.

Теперь введем send to pigs. Функция search снова вычислит путь и робот переместится в указанную вершину:

Функции catch и drop тоже работают штатно =)

Хотя и не лишены некоторых глюков (ведь физика веревки не просчитывается):

8. Итоги

Дрон - любопытная штуковина.
Полный код прошивки. использованный в этом посте - здесь.
Навигация по вейпоинтам - интересный и очень распространенный способ организации сложного движения. Схему можно усложнить - опционально добавлять только одну связь в таблицу link - тогда получатся ребра с односторонним движением. Добавить петли, оптимизировать поиск кратчайшего пути.

Еще можно облегчить правление дроном - хранить все команды для конкретной задачи в виде файла-скрипта, который запускать одной командой и т.д.

Enjoy!