مستشعرات الروبوت - المهارات الرقمية - سادس ابتدائي

1111 وزارة التعليم Ministry of Education 2024-1446 الوحدة الثالثة: المستشعرات في علم الروبوت 00 338

أهلًا بك في هذه الوحدة ستتعرف على مستشعرات الروبوت المختلفة، وستتعلم كيفية برمجة روبوت EV3 في بيئة أوبن روبيرتا لاب (Open Roberta Lab) للتحرك من خلال معلومات المسافة ومُستشعر الألوان، وكيفية اتخاذ قرارات بناءً على معلومات المستشعرات، كما ستتعلم كيفية اختبار المقطع البرمجي وتصحيحه، وإضافة المزيد من الكائنات في مشاهد المحاكاة. أهداف التعلم: ستتعلم في هذه الوحدة: > ماهية المستشعرات وأهميتها. > ماهية مستشعر الموجات فوق الصوتية للروبوت EV۳ وكيفية برمجته لاستشعار المسافات. > ماهية مستشعر الألوان للروبوت EV3 وكيفية برمجته لاستشعار الألوان. اختبار البرنامج وتصحيح الأخطاء. برمجة الروبوت لاتخاذ القرارات. > كيفية إضافة كائنات وتلوين المساحات في مشاهد محاكاة الروبوت. > كيفية إنشاء خريطة في مشهد المحاكاة باستخدام العوائق والمساحات الملونة. الأدوات أوبن روبيرتا لاب Open Roberta lab) وزارة التك339 Ministry of Education 2024-1446

وزارة التعليم Ministry of Education 2024-1446 C show sensor data forwards 100 show sensor data forwards 60 170 100 20 86 هل تذكر؟ يُمكنك في بيئة أوبن روبيرتا لاب (Open Roberta Lab استخدام لبنة التوجيه (Steer لتحريك الروبوت ورسم دوائر ذات مساحات مختلفة. يُمكنك برمجة الروبوت لرسم أشكال هندسية مُتكررة الأضلاع بسهولة كالمثلث والمستطيل باستخدام لبنة التكرار ( ) مرة (repeat ) ( times) من فئة التحكم (Control). show sensor data x3 1 2 3 forwards 50 80 right 30 3 120 2 show sensor data forwards 50 100 right 30 90 forwards 50 50 right 30 90 340

6 5 وزارة التعليم Ministry of Education 2024-1446 1 2 3 4 show sensor data right 30 30 forwards right 30 60 300 100 الكمل الضلع السداسي 1 show sensur dala right 30 ED forwards 30 40 right 30 60 10 2000 100 x6 30 40 show sensor data right 30 30 يُمكنك أيضًا برمجة الروبوت لرسم شكل سداسي أو أي مُضلع آخر. يُمكنك كذلك استخدام لبنة تردد التشغيل بالهرتز play frequency من فئة الحدث (Action) ، لبرمجة مؤثرات صوتية للروبوت تُمكّنه من إصدار أصوات ذات تردد forwards 30 40 right 30 60 300 COD 100 ومدة معينة. يُمكنك في بيئة المحاكاة عرض شاشة الروبوت من خلال الضغط على الأيقونة فتح / غلق شاشة عرض (open/close the robot's view) 1 ويمكنك برمجته لعرض رسائل باستخدام لبنة عرض النص how text من فئة الحدث .(Action) يُمكنك برمجة الرسائل ليُحتفظ بها لفترة معينة باستخدام لبنة انتظر مللي ثانية () () wait ms) ثم مسح عرض الروبوت باستخدام لبنة مسح العرض .(clear display)

الدرس الأول: مستشعرات الروبوت مستشعرات الروبوت رابط الدرس الرقمي www.ien.edu.sa بما أنّ الروبوتات ليس لديها أي حواس مثل البشر فإنها تحمل مستشعرات (Sensors) من أجل إدراك بيئتها والتنقل خلالها وتنفيذ العديد من المهام. تم تجهيز الروبوت الافتراضي في بيئة محاكاة أوبن روبيرتا اب Open Roberta ab بنفس المستشعرات التي تم تجهيز روبوت Ev3 المادي بها ، وهي كالآتي: المستشعرات مستشعر الموجات فوق الصوتية مستشعر الألوان مستشعر الجيرسكوب مستشعر اللمس الاستخدام يكتشف العوائق أمام الروبوت. يكتشف الألوان أو الضوء. يقيس مدى سرعة دوران الروبوت. يستجيب للضغط عليه أو تحريره، أو حين الارتطام تُوصَّل المستشعرات والمحركات بمعالج الروبوت المادي من خلال أسلاك التوصيل للحصول على الطاقة وتبادل المعلومات، حيث تُسمَّى نقاط الاتصال هذه بالمنافذ (Ports). في روبوت المحاكاة يُحدَّد المنفذ الذي يشغله كل مستشعر بشكل افتراضي كما يُحدد برقم. مستشعر الجيرسكوب منافذ مستشعر اللمس مستشعر اللمس مستشعر الألوان .(Colour sensor) .(Touch sensor) .(Touch sensor) .(Ports) .(Gyroscope sensor) The LEGO Group O مستشعر الألوان مستشعر الموجات فوق الصوتية .(Colour sensor) 342 .(Ultrasonic sensor) مستشعر الجيرسكوب .(Gyroscope sensor) مستشعر الموجات فوق الصوتية .(Ultrasonic sensor) وزارة التعليم Ministry of Education 2024-1446

لبنات فئة المستشعرات تحتوي فئة المستشعرات (Sensors) في بيئة المحاكاة على اللبنات البرمجية الخاصة بالمستشعرات فئة Sensors (المستشعرات). The distance cm ultrasonic sensor a (مستشعر الموجات فوق الصوتية والمسافة بالسنتيمتر). touch sensor Port pressed? Adie get distance om ultrasonic sensor Port Sensors Commo Logic got colour colour sensor Port 3 got distance om infrared sensor Port resel encoder B Math Text gel degree encoder B Colours button enter pressed? Variables reset gyroscope Port 2 get angle gyroscope Port 2 get value mis timer 13 reset timer لبنة The colour sensor (مستشعر الألوان في كل لبنة مستشعر يمكنك رؤية المنفذ الافتراضي للمستشعر. مستشعر الموجات فوق الصوتية مستشعر الموجات فوق الصوتية للروبوت EV3 هو مُستشعر رقمي يمكنه قياس المسافة بين الروبوت وأي كائن أمامه، ذلك عن طريق إصدار موجات صوتية عالية التردد ثم قياس المدة الزمنية التي يستغرقها الصوت للانعكاس من الكائن الذي يوجد أمام الروبوت حتى رجوعه إلى المستشعر. ويتم يتم استخدام لبنة مستشعر الموجات فوق الصوتية (Ultrasonic sensor) من فئة المستشعرات (Sensors) لبرمجة قياس المسافة بين الروبوت والكائن الذي أمامه. وزارة التعل34 Ministry of Education 2024-1446 The LEGO Group O درود HHHH

344 ستنشئ مقاطع برمجية باستخدام مستشعر الموجات فوق الصوتية أو مستشعر الألوان في هذه المقاطع ستستخدم لبنات برمجية محددة لتوجيه الروبوت للحركة والتوقف عندما تكتشف المستشعرات مسافة أو لونا محددًا. لبنة القيادة (drive) تُستخدم لبنة القيادة (drive) من فئة الحدث (Action) للتحكم في اتجاه الروبوت للأمام أو للخلف وكذلك سرعته، كما يمكنك ضبط سرعة الروبوت عن طريق ضبط معامل نسبة السرعة ( speed) الخاص باللبنة، وعلى عكس اللبنة الأولى من فئة الحدث (Action) فإن هذه اللبنة لا تحدد المسافة التي يتحركها الروبوت. لإيقاف الروبوت يمكنك استخدام لبنة برمجية أخرى فيما بعد حيث تحدد متى يجب أن يتوقف الروبوت. لبنة drive (القيادة). 01 02 ve forwards Action 30 20 Sensors ove forwards spood So 30 Control Logic سرعة المحركات. اتجاه الحركة. Math I turn right 30 dogse 20 Text Colours right 30 righted b Variables forwards spead % wit 10 speed % right 30 itance te 20 لقد استخدمت في البرامج لبنة القيادة (drive) الأولى فئة الحدث (Action) من التي تجعل الروبوت يتحرك بسرعة معينة لمسافة محددة. وزارة التعليم Ministry of Education 2024-1446

لبنة الانتظار حتى wait until) تنتمي لبنة الانتظار حتى wait until إلى فئة التحكم (Control) وتساعد المقطع البرمجي على معرفة وقت التوقف والانتظار لحدوث شيء ما، فعلى سبيل المثال إذا كنت تتحكم في روبوت قد يحتاج المقطع البرمجي إلى الانتظار حتى يصل الروبوت إلى مكان محدّد قبل تنفيذ شيء آخر ، أو قد يحتاج المقطع البرمجي أيضًا إلى الانتظار حتى يكتشف المستشعر شرطًا ما قبل تنفيذ شيء آخر. يوضح المثال الآتي أن المقطع البرمجي متوقف مؤقتًا حتى يتم الضغط على مستشعر اللمس (touch). Action Sensors Control Logic Math Text Colours C 10 Variables 500 Σ watiril get pressed touch sensor Port 1 true لبنة wait until يمكن تحديد تحتوي لبنة wait until الانتظار كل مستشعر من حتى على قائمة متعددة من خلال شرط معين. لبنات sensors (المستشعرات). الانتظار حتى. بعد ذلك ستستخدم لبنة الانتظار حتى wait until) لتوجيه الروبوت لمواصلة التحرك إلى الأمام حتى يكتشف مستشعر المسافة مسافةً محددةً من العائق. وزارة التع345 Ministry of Education 2024-1446

تسمح لك القائمة اليسرى للبنة الانتظار حتى wait until بالاختيار بين لبنات المستشعرات المتعددة، بعد ذلك ستستخدم لبنة الانتظار حتى wait until مع لبنة مُستشعر الموجات فوق الصوتية والمسافة بالسنتيمتر .(distance cm ultrasonic sensor) get pressed touch sensor▾ Port 1 true pressed touch sensor distance cm ultrasonic sensor presence ultrasonic sensor colour colour sensor light % colour sensor ambient light % colour sensor distance cm infrared sensor degree encoder rotation encoder distance cm encoder pressed button angle gyroscope rate w gyroscope value ms timer angle HT compass sensor compass HT compass sensor modulated HT infrared sensor unmodulated" HT infrared sensor colour HT colour sensor light % HT colour sensor amblent light % HT colour sensor sound % sound sensor لبنة distance cm ultrasonic sensor (مستشعر الموجات فوق الصوتية والمسافة بالسنتيمتر). تم إعداد لبنة الانتظار حتى wait until في المقطع البرمجي لإيقاف المقطع البرمجي مؤقتًا عندما يقيس مستشعر الموجات فوق الصوتية مسافة أقل من 30 سنتيمتر من أقرب كائن أمامه. وزارة التعليم Ministry of Education 2024-1446 get distance cm ultrasonic sensor Port 30 بمجرد تحديد لبنة Ultrasonic sensor مستشعر الموجات فوق الصوتية، يتم وضع شرط محدّد في لبنة wait until الانتظار حتى. 346

مثال :1 برمجة الروبوت لاستشعار المسافات ستنشئ مقطعًا برمجيًا لاختبار قدرة مستشعر الموجات فوق الصوتية على اكتشاف كائن على مسافة أمامه، وبشكل أكثر تحديدًا، ستبرمج الروبوت للتحرك للأمام حتى اكتشاف جدار خريطة المشهد على مسافة 15 سنتيمتر منه. يمكنك أيضًا فتح إغلاق عرض بيانات المستشعر Openclose the sensor's data)، وهي ميزة البيئة التي تتيح لك عرض عدة أنواع من بيانات الروبوت في الوقت الفعلي سوف تركز على قيم المستشعر (Sensor Values) وعلى وجه التحديد على قيمة مُستشعر الموجات فوق الصوتية. لاختبار مُستشعر الموجات فوق الصوتية ، أنشئ المقطع البرمجي الآتي: لاختبار مُستشعر الموجات فوق الصوتية (ultrasonic sensor): > من فئة Action (الحدث، أضف لبنة drive .(القيادة). 0 فئة Control (التحكم)، أضف لبنة wait until الانتظار حتى). > من > حدّد لبنة distance cm ultrasonic sensor مستشعر الموجات فوق الصوتية والمسافة بالسنتيمتر) من القائمة المنسدلة على يمين لبنة wait until) الانتظار حتى. 6 > اضغط على الرقم الافتراضي 30 واكتب 015 > اضبط Comparison (المقارنة) لتكون < 5 من القائمة المنسدلة على يمين لبنة wait until الانتظار حتى) اضغط لفتح simulation view عرض المحاكاة). 0 > حدد خريطة المشهد . 0 > اضغط لفتح sensor's data view عرض بيانات المستشعر) 3 > شغل المقطع البرمجي . 9 密 Sorson Logic Math 生 wbart show sensor data 1 dve forwards speed % 30 I wat uni! 2 وزارة التعل34 Ministry of Education 2024-1446 يتم توصيل distance cm ultrasonic sensor (مستشعر الموجات فوق الصوتية والمسافة بالسنتيمتر) افتراضيًا بالمنفذ رقم 4 لروبوت المحاكاة. 3 5 4 get distance cm ultrasonic sensor Port 4 15

Sensor Values قبل بدء تشغيل المقطع البرمجي، يكتشف مستشعر الموجات فوق الصوتية للروبوت المكعب الأزرق (قيم المستشعر). الموجود في هذا المشهد على مسافة 133 سنتيمتر. System Values X 7 Timer Values Sensor Values 6 1 touch sensor false 2 gyroscope 3 colour sensor -colour -light 100% 4 ultrasonic sensor 133 cm C encoder left .0 B encoder right Variable Values المسافة 15 سنتيمتر. .0 9 DEVE 8 sensor's data view اضغط لفتح sensor's data view عرض بيانات المستشعر) عرض بيانات المستشعر). Sensor Values 1 touch sensor 2 gyroscope false 0 3 colour sensor - colour - light 4 ultrasonic sensor 100% 15cm C encoder left 0° B encoder right 0° يمكنك أيضًا وضع عائق الخريطة على مسافة أمام الروبوت وتشغيل نفس المقطع البرمجي مرة أخرى. وزارة التعليم Ministry of Education 2024-1446 348

10 0+10 The LEGO Group O مستشعر الألوان مستشعر الألوان (Colour sensor في روبوت Ev3 هو مستشعر رقمي يمكنه اكتشاف لون سطح معين، أو شدة الضوء المنعكس على هذا السطح عند سقوط شعاع الضوء الأحمر للمستشعر عليه. يُمكن أيضًا لمستشعر الألوان في روبوت Ev3 قياس شدة الإضاءة في بيئته المحيطة، مثل ضوء الشمس القادم من النافذة أو ضوء المصباح. يمكن كذلك استخدام الأوضاع المختلفة لمستشعر الألوان في روبوت Ev3 في بيئة المحاكاة من قائمة لبنة الانتظار حتى wait until). ستنشئ مقطعًا برمجيًّا باستخدام مستشعر الألوان في وضع الألوان (Colour mode). wart until get pressed touch sensor Port 1 true pressed touch sensor Colour mode distance cm ultrasonic sensor (وضع الألوان). presence ultrasonic sensor colour colour sensor Light mode (وضع الإضاءة). Ambient light mode (وضع الإضاءة المحيطة. وزارة الأع349 Ministry of Education 2024-1446 light % colour sensor ambient light % colour sensor distance cm infrared sensor degree " encoder rotation encoder distance cm encoder pressed button angie gyroscope rate w gyroscope value ms timer angle HT compass sensor compass HT compass sensor modulated HT infrared sensor unmodulated HT infrared sensor colour HT colour sensor light % HT colour sensor ambient light % HT colour sensor sound % sound sensor

مثال :2 برمجة الروبوت لاستشعار الألوان سوف تُنشئ مقطعًا برمجيًا ليتحرك الروبوت حتى يكتشف مستشعر الألوان اللون الأحمر في هذا المثال ستختبر مستشعر الألوان في وضع الألوان. لاختبار مُستشعر الألوان > من فئة لبنات Action الحدث أضف لبنة drive .(القيادة) 0 > من فئة Control (التحكم ) ، أضف لبنة wait until الانتظار حتى 2 حدّد لبنة colour colour sensor (لون مستشعر الألوان من القائمة المنسدلة على يمين لبنة wait until الانتظار حتى 6 > تأكد من اختيار اللون الأحمر 0 يمكن للسيارة ذاتية القيادة اكتشاف الألوان المختلفة لإشارات المرور، ويمكن للروبوت فرز العناصر المختلفة حسب لونها. السرعة الافتراضية للروبوت. ) sta 1 de forwards show sensor data spoed % 30 I wait unti 2 get colour colour sensor 3 Port.3 4 استخدم علامة يساوي، وهي يتم توصيل مستشعر الألوان افتراضيًا الإعداد الافتراضي للبنة المقارنة. بالمنفذ رقم 3 لروبوت المحاكاة. شغل المقطع البرمجي في خريطة المشهد الآتية. عليك سحب ومحاذاة الروبوت في اتجاه المناطق الملونة. System Values Timer Values Sensor Values I touch sensor false 2 gyroscope 3 colour sensor -colour light 4 ultrasonic sensor Cencoder left Benicoder fight 100%> 145 cm وزارة التعليم Ministry of Education 2024-1446 خريطة المشهد ذات المناطق الملونة. تم اكتشاف اللون الأبيض. استخدم عرض بيانات المستشعر لملاحظة الألوان التي يكتشفها مستشعر الألوان في الروبوت أثناء تحركه قبل أن يصل الروبوت إلى المناطق الملونة، يكون فوق المنطقة البيضاء من المشهد حيث يكتشف المستشعر اللون الأبيض. 350

عند تشغيل المقطع البرمجي وحركة الروبوت للأمام، سيعبر الروبوت المناطق الملونة الآتية (الأزرق والأصفر والأخضر والأحمر من المشهد، ويكتشف مستشعر الألوان (Colour Sensor ألوانها. وعند اكتشاف اللون الأحمر، سيتوقف الروبوت مباشرةً عن الحركة. ystem Values Time Value Boneer Valves Cederf right System salues Timer vues Densor Values 1 touch se Cencoder lef encoder right System Values Timer Values Boneer Valves light Cederluft right System • Timer Values Sensor Vals -col وزارة التع351 Ministry of Education 2024-1446 72cm تم اكتشاف اللون الأزرق. تم اكتشاف اللون الأصفر. تم اكتشاف اللون الأخضر. سيتوقف الروبوت عند اكتشاف اللون الأحمر. تم اكتشاف اللون الأحمر. 131

352 اختبار المقطع البرمجي وتشخيص الأخطاء يجب اختبار البرنامج الموجّه للروبوت للتأكد من سلامته ودقته وخلوه من الأخطاء، كما يجب تحديد موقع أي خطأ المقطع البرمجي وتصحيحه، وتسمى هذه العملية بإجراء تصحيح الأخطاء Debugging procedure). اختبار البرنامج وتصحيحه حدد الخطأ تتمثل الخطوة الأولى في تحليل أخطاء البرمجة لتحديد موقع الخطأ بشكل صحيح. اكتشف سبب خطأ المقطع البرمجي ومصدره ثم ابحث عن الحلول الممكنة. فكر في الحل صحح الخطأ جرّب كافة الحلول الممكنة واختر الأفضل. نفّذ المقطع البرمجي للتحقق من تصحيح الخطأ بعد اختيار أحد الحلول، وإذا تكرر نفس الخطأ، كرّر الخطوات مرة أخرى حتى تصل إلى النتيجة الصحيحة. لقد توصلت إلى حل. تم حل أخطاء البرنامج. أعد اختبار البرنامج النهاية إجراء تصحيح الأخطاء (Debugging procedure) وزارة التعليم Ministry of Education 2024-1446

609 SIM CD يمكنك تشغيل مقطع برمجي في وضع التصحيح (debug mode) في أوبن روبيرتا لاب. B EV ينفذ زر step forward يفتح زر الأيقونة (خطوة إلى الأمام تشغيل bug (خطأ تقني) البرنامج خطوة بخطوة. عرض المحاكاة في وضع التصحيح. وزارة التعد35 Ministry of Education 2024-1446

354 لنطبق معًا تدريب 1 مستشعرات الروبوت حدد الجملة الصحيحة والجملة الخطأ فيما يلي: 1. يحتوي الروبوت الافتراضي على مستشعرات أقل من روبوت Ev3 المادي. 2. لاستخدام لبنة مستشعر في بيئة أوبن روبيرتا ،لاب عليك تعيين المنفذ الذي سيتم من خلاله توصيل هذا المستشعر بمعالج الروبوت. .3. يمكن لمستشعر الألوان في الروبوت التمييز بين ألوان وأشكال الكائنات. 4. يكتشف مستشعر الموجات فوق الصوتية (Ultrasonic sensor لروبوت Ev3 الإضاءة المنعكسة من الأسطح. تدريب 2 صحيحة خطأ مستشعرات الروبوت صل مستشعرات الروبوت بالمهام التي تؤديها. يمكن تنفيذ نفس المهمة بواسطة أكثر من مستشعر. مستشعر الموجات فوق الصوتية مستشعر الألوان O التحرك في ا ○ التحرك في البيئة المحيطة. اكتشاف الإشارات الضوئية. فرز العناصر حسب لونها. فرز الثمار حسب درجة نضوجها. اكتشاف وجود العوائق. وزارة التعليم Ministry of Education 2024-1446

تدريب 3 برمجة الروبوت لإستشعار المسافات أنشئ مقطعًا برمجيًا باستخدام مستشعر الموجات فوق الصوتية. اسحب الروبوت والعائق الصخري وضعهما على الطريق في المشهد الآتي. برمج الروبوت ليتحرك إلى الأمام حتى تصبح المسافة بينه وبين العائق الصخري أقل من 20 سنتيمتر. تدريب 4 برمجة الروبوت لاستشعار الألوان أنشئ مقطعًا برمجيًا باستخدام مستشعر الألوان. برمج الروبوت ليتحرك للأمام في المشهد الآتي بمحاذاة الأسطح الملونة حتى المساحة الملونة باللون الأصفر. وزارة التعر35 Ministry of Education 2024-1446