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4. Hindernisvermeidung

In diesem Projekt verwendet der PiCrawler ein Ultraschallmodul, um Hindernisse vor ihm zu erkennen. Wenn der PiCrawler ein Hindernis erkennt, sendet er ein Signal und sucht nach einer anderen Richtung, um weiterzugehen.

Code ausführen

cd ~/picrawler/examples
sudo python3 4_avoid.py

Wenn das Programm startet, steht der PiCrawler auf.

Er misst kontinuierlich die Entfernung mit dem Ultraschallsensor und gibt den Wert im Terminal aus.

Wenn ein Hindernis innerhalb von 15 cm erkannt wird: - Es wird ein Warnsignal abgespielt. - Der Roboter führt eine kleine Linksdrehung aus.

Wenn der Weg frei ist: - Der Roboter bewegt sich vorwärts.

Der Roboter vermeidet automatisch weiterhin Hindernisse, bis Sie Ctrl+C drücken.

Vor dem Beenden setzt sich der Roboter sicher hin.

Code

Bemerkung

Sie können den unten stehenden Code bearbeiten/zurücksetzen/kopieren/ausführen/stoppen. Gehen Sie dazu zunächst in das Verzeichnis des Quellcodes, z. B. picrawler\examples. Nach der Bearbeitung können Sie den Code direkt ausführen, um den Effekt zu sehen.

from picrawler import Picrawler
from robot_hat import Music, Ultrasonic, Pin
import time
import signal

music = Music()
crawler = Picrawler()
sonar = Ultrasonic(Pin("D2"), Pin("D3"))  # Ultrasonic trigger/echo pins

music.music_set_volume(100)  # Set speaker volume

alert_distance = 15  # Obstacle warning distance (cm)
speed = 80           # Movement speed

# ----------------------------
# Add hardware timeout to sonar.read()
# Prevent program from freezing
# ----------------------------
class Timeout(Exception):
    pass

def _alarm_handler(signum, frame):
    raise Timeout()

signal.signal(signal.SIGALRM, _alarm_handler)

# Read distance once with timeout protection
def safe_read_once(timeout_s=1):
    try:
        signal.alarm(timeout_s)
        d = sonar.read()
        signal.alarm(0)
        return d
    except Timeout:
        signal.alarm(0)
        return None
    except Exception:
        signal.alarm(0)
        return None

# Read multiple times and return median value (anti-noise)
def read_distance_filtered(n=5, gap=0.03, timeout_s=1):
    vals = []
    for _ in range(n):
        d = safe_read_once(timeout_s=timeout_s)
        if d is not None and d > 0:
            vals.append(d)
        time.sleep(gap)

    if not vals:
        return None

    vals.sort()
    return vals[len(vals)//2]  # Median filter

def main():
    distance = read_distance_filtered(n=5, gap=0.03, timeout_s=1)
    print("distance:", distance)

    if distance is None:
        time.sleep(0.15)  # Wait if read failed
        return

    if distance <= alert_distance:
        # Obstacle detected → play sound and turn
        try:
            music.sound_play_threading('./sounds/sign.wav', volume=100)
        except Exception as e:
            print("sound error:", e)

        crawler.do_action('turn left angle', 1, speed)
        time.sleep(0.5)  # Quiet window after movement
    else:
        # Path clear → move forward
        crawler.do_action('forward', 1, speed)
        time.sleep(0.4)

if __name__ == "__main__":
    try:
        crawler.do_step('stand', 40)  # Stand before starting
        time.sleep(1.0)

        while True:
            main()

    except KeyboardInterrupt:
        print("\nStop.")
    finally:
        try:
            crawler.do_step('sit', 40)  # Sit before exit
            time.sleep(1.0)
        except Exception:
            pass

Funktionsweise

  1. Initialisierungsblock

    music = Music()
crawler = Picrawler()
sonar = Ultrasonic(Pin("D2"), Pin("D3"))

music.music_set_volume(100)
alert_distance = 15
speed = 80

    Dieser Block initialisiert die drei Hauptmodule: - music: steuert die Audiowiedergabe. - crawler: steuert die Bewegung des PiCrawler. - sonar: misst die Entfernung mit dem Ultraschallsensor.

    Außerdem werden die Lautstärke des Lautsprechers, der Hindernis-Schwellenwert (cm) sowie die Bewegungsgeschwindigkeit festgelegt.

  2. Timeout-Einstellungsblock (verhindert, dass sonar.read() einfriert)

    class Timeout(Exception):
    pass

def _alarm_handler(signum, frame):
    raise Timeout()

signal.signal(signal.SIGALRM, _alarm_handler)

    Der Ultraschalltreiber kann blockieren, während er auf das Echo-Signal wartet. Dieser Block installiert einen Signal-Handler, sodass das Programm einen festhängenden sonar.read()-Aufruf unterbrechen und weiterlaufen kann.

  3. Funktion: safe_read_once()

    def safe_read_once(timeout_s=1):
    try:
        signal.alarm(timeout_s)
        d = sonar.read()
        signal.alarm(0)
        return d
    except Timeout:
        signal.alarm(0)
        return None
    except Exception:
        signal.alarm(0)
        return None

    Diese Funktion liest die Ultraschallentfernung einmal mit Timeout-Schutz. - Wenn das Lesen erfolgreich ist, wird der Entfernungswert zurückgegeben. - Wenn ein Timeout oder ein Fehler auftritt, wird None zurückgegeben, anstatt dass das Programm hängen bleibt.

  4. Funktion: read_distance_filtered()

    def read_distance_filtered(n=5, gap=0.03, timeout_s=1):
    vals = []
    for _ in range(n):
        d = safe_read_once(timeout_s=timeout_s)
        if d is not None and d > 0:
            vals.append(d)
        time.sleep(gap)

    if not vals:
        return None

    vals.sort()
    return vals[len(vals)//2]

    Diese Funktion verbessert die Zuverlässigkeit, indem mehrere Messwerte gelesen werden: - Ungültige Werte (None oder <= 0) werden ignoriert. - Die verbleibenden Werte werden sortiert. - Der Medianwert wird zurückgegeben, um Messrauschen zu reduzieren.

  5. Funktion: main() (Kernlogik für Entscheidung und Aktion)

    def main():
    distance = read_distance_filtered(...)
    if distance is None:
        return

    if distance <= alert_distance:
        music.sound_play_threading(...)
        crawler.do_action('turn left angle', 1, speed)
    else:
        crawler.do_action('forward', 1, speed)

    Dies ist die Hauptsteuerlogik:

    • Liest einen gefilterten Entfernungswert.

    • Wenn das Lesen fehlschlägt, wird dieser Zyklus übersprungen.

    • Wenn sich ein Hindernis näher als alert_distance befindet, wird ein Warnsound abgespielt und der Roboter dreht nach links.

    • Andernfalls fährt er vorwärts.

  6. Programmeinstiegsblock (Endlosschleife + sicheres Beenden)

    if __name__ == "__main__":
    try:
        crawler.do_step('stand', 40)
        while True:
            main()
    except KeyboardInterrupt:
        print("\nStop.")
    finally:
        crawler.do_step('sit', 40)

    Dieser Block steuert den gesamten Programmablauf: - Der Crawler steht zuerst auf, bevor das Programm startet. - Das Programm führt main() in einer Endlosschleife aus. - Durch Drücken von Ctrl+C wird die Schleife beendet. - Der Crawler setzt sich hin, bevor das Programm beendet wird.