PRÁCTICA 4. EL ENTORNO DE UN ROBOT EN C++

Transcripción

1 PRÁCTICA 4. EL ENTORNO DE UN ROBOT EN C++ 0 Introducción y objetivos Los objetivos de esta práctica son dos: Aprender a realizar diseños muy sencillos de programas en C++. Aprender a gestionar un entorno de forma simple utilizando formas geométricas. A lo largo de la práctica aparecerán letras entre paréntesis; por ejemplo (A), que indican que es una pregunta de contestación obligatoria, que se debe entregar o informar al profesor de la respuesta. 1 Entregables Enviar por al profesor el código del ejercicio 3.2 o Diseño orientado a objetos en C Introducción La técnica clásica de programación en C de forma estructurada se basa en un programa principal que va llamando a distintas funciones de forma jerarquizada, ver Figura 1. Para diseñar una aplicación de esta manera, el desarrollador, utilizando un diseño TOP-DOWN, piensa en las posibles funciones que debe tener su aplicación para posteriormente pasar a implementarlas. Cada una de estas funciones está especializada en resolver una parte del problema.

2 Programa principal Datos Función1 Función2 Función3 Figura 1: Diseño estructurado. Tiene forma de ARBOL A partir de ahora, y ojalá que para siempre, se van a diseñar los programas usando C++ orientado a objetos. El diseño de estos programas es RADICALMENTE distinto. Ahora no hay que pensar en funciones, sino en objetos. Es necesario definir las clases de objetos que pueden intervenir en la aplicación. Una vez definidas, se definen las relaciones entre ellas. De esta forma el diseño tiene forma de GRAFO, como se muestra en la Figura 2. Clase 1 Clase 2 Clase 3 Clase 4 Figura 2: Diseño orientado a objetos. Tiene forma de GRAFO La solución del problema es un conjunto de objetos que interactúan entre sí, a través de sus interfaces públicos. Pero ninguno sabe como funciona el otro por dentro. Las relaciones que vamos a utilizar por ahora son del tipo: La clase 1 utiliza a la clase 4, quiere decir que la clase 1 tiene algún método que tiene como parámetro la clase 4. La clase 1 contiene a la clase 4, quiere decir que la clase 1 tiene una variable miembro del tipo clase 4.

3 2.2 Ejercitando la habilidad Volviendo a los programas que conocemos hasta ahora, Dllsencilla que estima la pose del robot y Dlg que muestra el estado del robot de forma gráfica, programados en la práctica 2. Dibujar el diagrama de clases de ambas aplicaciones. En el proyecto Dlg no tener en cuenta las clases Dlg y DlgDlg. Intentando obtener un diseño orientado a objetos mejor, se te ocurre si podrías introducir en el diseño la clase CPosicion que has desarrollado en la práctica 3?. (A) Después de pensarlo y comentarlo con el profesor integra CPosicion en el proyecto Dllsencilla. 3 Trabajando con el entorno del robot 3.1 Introducción En algunos problemas de robótica móvil el entorno es conocido, mientras que en otros no lo es. En cualquier caso, en ambos es necesario utilizar una representación del mismo. Existen varias tendencias al respecto: 1. Entorno basado en celdas: el entorno se modela con una retícula discreta donde cada celda de la misma representa un lugar del entorno. El robot va almacenando en cada celda información de si está o no ocupada por un obstáculo. Este método se llama también "entorno basado en celdas de ocupación". 2. Entorno basado en formas geométricas: el entorno se modela con características geométricas, como por ejemplo segmentos, círculos, etc. Una o varias de estas características representan a un objeto dentro del entorno; por ejemplo, un segmento modelaría una pared. Por tanto el mapa del entorno, no sería más que una lista de características geométricas referenciadas con precisión respecto de un sistema de referencia global. Este mapa también se llama mapa métrico, porque todo está perfectamente medido y situado.

4 3. Entorno basado en marcas: el entorno se modela en forma de grafo, cada nodo representa una característica del entorno y cada rama del grafo representa su relación con otra. Por ejemplo, una pared (nodo) se encuentra al lado de una puerta (otro nodo), después viene una pared a 90º, etc. El mapa se llama mapa topológico, donde no importa la posición global de cada elemento sino más bien la topología, las relaciones que unos elementos tienen con otros. Este es el método más parecido al que usan las personas para almacenar un mapa en la memoria. No guardan con precisión la situación de las cosas, sino únicamente la situación relativa de unas respecto de otras. En esta práctica se va a usar el método 2, por simplicidad, por lo didáctico que es y porque se puede conocer con precisión la situación de cada obstáculo, gracias a que se usan sensores y actuadores ideales. 3.2 Ejercicio Desarrollar el comportamiento de un robot que sea capaz de detectar diferencias entre un entorno que conoce a priori y uno real por donde se mueve. Se debe suponer que el entorno se modela únicamente usando segmentos. 1. Pensar las clases que podría tener el problema y deducir un diagrama de relaciones como el mostrado en la Figura 2. (B) 2. Utilizar como punto de partida el proyecto Dllsencilla y Dlg (de forma opcional por si se quiere hacer alguna representación gráfica para depurar) que suministrará el profesor después de haber respondido al B. Extraer el diagrama de clases y compararlo con el realizado en el punto anterior. Si lo haces bien, seguro que el siguiente punto lo terminas mucho antes. 3. Diseñar la clase CEntorno. A continuación se muestra una guía. En cada punto se pueden realizar pruebas de funcionamiento (se recomienda que estas pruebas no se hagan en Dllsencilla, ya que es más engorrosa, se

5 puede usar Dlg u otra aplicación como la usada en la práctica 3 para tal labor): a. Implementar la clase con sus variables miembro. b. Implementar el constructor por defecto. c. Implementar el operador asignación. d. Implementar el constructor de copia. e. Implementar el destructor. f. Implementar la función add_segmento (que añade un segmento al entorno) y get_n_segmentos (que devuelve el número de segmentos que tiene el entorno). g. Implementar el operador deserializador >>. El formato del stream de la clase CEntorno es el siguiente: i. En cada línea habrá un segmento. ( 1, 1 ) -> ( 250, 1 ) ( 250, 1 ) -> ( 250, 104 ) ( 250, 104 ) -> ( 501, 104 ) ( 501, 104 ) -> ( 501, 501 ) h. Implementar el operador serializador <<, coherente con >>. 4. Dado el fichero del enlace ntornofacil.txt deberá ser leído por el robot cada vez que se inicie una simulación. Este entorno será el entorno que el robot conoce a priori. 5. Usando la función distancia de la clase CSegmento, desarrollar un algoritmo dentro de Dllsencilla que detecte incoherencias entre el entorno inicial del punto anterior y el real, según se va moviendo el

6 robot. OJO!, las medidas no se hacen desde el centro del robot, sino desde cada uno de sus sensores. 3.3 Ejercicio opcional si te sobra tiempo Representar en un entorno gráfico (proyecto Dlg) el entorno que conoce el robot y aquellas incoherencias que el robot va detectando en tiempo real en el entorno. Para ello se recomienda seguir los siguientes pasos: 1. Desde el proyecto Dllsencilla del ejercicio anterior, escribir en un fichero de incoherencias, un punto que indique dónde se ha detectado una incoherencia. Este fichero tendrá tantas filas como incoherencias se detecten. 2. Desde el proyecto Dllsencilla, escribir en un fichero de posiciones, la posición y orientación del robot. Cada fila del mismo se corresponderá con una posición. 3. Modificar el proyecto Dlg, para que cuando arranque lea el fichero entornofacil.txt y realice una representación gráfica del mismo. 4. Modificar el proyecto Dlg, para que a la vez que se ejecuta el Dllsencilla, lea los ficheros de posiciones y de incoherencias. Esta lectura se hará cada 500ms. 5. Representación gráfica en tiempo real de la trayectoria que ha seguido el robot y las incoherencias que ha detectado. Por ejemplo, las incoherencias se pueden pintar con un círculo de color rojo, centrado en el punto de conflicto. Notas: Si se quiere borrar el dibujo se puede llamar a la función this- >RedrawWindow() desde la clase DlgDlg.