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© Guido Kramann

LUAbot -- Entwicklung einer Simulationsumgebung für Schwarmvehikel auf der Basis von Java/Processing unter Verwendung der Skriptsprache LUA

(EN google-translate)

(PL google-translate)

EN: LUAbot -- Development of a simulation environment for swarm vehicles based on Java/Processing using the LUA scripting language

Spezifikation der Schwarmvehikel

EN: Specification of the Swarm Vehicles

In der Entwicklungsumgebung Processing soll ein Simulator für Schwarmvehikel aufgebaut werden.
Das Verhalten der Vehikel soll dabei mit der zusätzlich eingebetteten Skriptsprache LUA umgesetzt werden.
Die Fahrzeuge sind einfachste Systeme:

kreisförmige Objekte mit einem bestimmten Radius r
einer Position [x,y]
einer Orientierung phi
einer Vortriebsgeschwindigkeit v
einer Winkelgeschwindigkeit w

Die Fahrzeuge können in eingeschränkter Art und Weise ihre Umgebung erkunden. Sie besitzen folgende Sensoren:

einen Bodensensor, der die Farbe des Pixels unbittelbar in der Mitte unter dem Chassis erkennt.
einen Entfernungssensor, der in Fahrrichtung den Abstand zum nächstgelegenen Hindernis erfasst.

Die Sensordaten gehen als Input an das LUA-Skript, durch das das Verhalten des Fahrzeugs bestimmt wird.
Das LUA-Skript liefert die Werte für die Vortriebsgeschwindigkeit v und die Winkelgeschwindigkeit w.
Immer eines von beidem w oder v müssen Null sein.

A simulator for swarm vehicles is to be developed in the Processing development environment.
The behavior of the vehicles is to be implemented using the additionally embedded scripting language LUA.
The vehicles are very simple systems:

circular objects with a specific radius r
a position [x,y]
an orientation phi
a forward speed v
an angular velocity w

The vehicles can explore their environment to a limited extent. They are equipped with the following sensors:

a ground sensor that detects the color of the pixel directly in the center beneath the chassis.
a distance sensor that measures the distance to the nearest obstacle in the direction of travel.

The sensor data is fed as input to the LUA script, which determines the vehicle's behavior.
The LUA script provides the values for the forward speed v and the angular velocity w.
One of the two, w or v, must always be zero.

Dimensionen und Parameter der Schwarmvehikel

EN: Dimensions and Parameters of the Swarm Vehicles

Alle Angaben erfolgen in Pixel, ohne dass spezifiziert wird, wieviele Pixel einen Meter ergeben.
Die Simulation behandelt nur die Kinematik. Die Fahrzeuge sind masselos.
Die "Welt" in der der Schwarm fährt umfasst 640x640 Pixel
r beträgt 20 Pixel
Die Zeitschrittweite der Simulation beträgt dt=0,05s. Dazu passend wird eine Bildwiederholrate von 20 Bildern pro Sekunde gewählt.
Die Geschwindigkeitsgrenzen betragen v=0..20Pixel pro Sekunde (maximal ein Pixel pro Zeitschritt)
Die Winkelgeschwindigkeit w kann zwischen -20...+20 Grad pro Sekunde gewählt werden.
Die aktuelle Fahrtrichtung wird durch einen Strich dargestellt.
Damit der Koordinatenursprung in der unteren linken Ecke ist, muss die Richtung der y-Achse umgedreht werden.

Veranschaulichung der Angaben durch eine einfache Visualisierung mit Processing:

EN:

All measurements are given in pixels, without specifying how many pixels make up one meter.
The simulation deals only with kinematics. The vehicles are dimensionless.
The "world" in which the swarm moves covers 640x640 pixels
r is 20 pixels
The time step of the simulation is dt=0.05s. Accordingly, a frame rate of 20 frames per second is selected.
The speed limits are v=0..20 pixels per second (maximum of one pixel per time step)
The angular velocity w can be set between -20 and +20 degrees per second.
The current direction of travel is represented by a line.
To ensure that the coordinate origin is in the lower left corner, the direction of the y-axis must be reversed.

Illustration of the specifications through a simple visualization using Processing:

public void setup()
{
    size(640,640);
    frameRate(20);
}

public void draw()
{
    scale(1,-1); //coordinate transformation
    translate(0,-640);
    background(255);
    noFill();
    stroke(0);
    strokeWeight(height/200);
    ellipse(20,20,40,40);
    line(20,20,40,20);
}

Code 0-1: Processing Sketch LUAbot001

Bild 0-1: Screenshot von LUAbot001.