🔬 Лабораторная работа

1Стандартизация условий:
2- Одинаковые роботы и программы
3- Полностью заряженные аккумуляторы
4- Комнатная температура (20-25°C)
5- Одинаковые поверхности для движения
6- Фиксированное время измерений

 1Режим 1: Ожидание
 2- Робот включен, но неподвижен
 3- Активны только датчики и контроллер
 4- Ожидаемое потребление: 50-100 мА
 5
 6Режим 2: Простое движение  
 7- Движение по прямой с постоянной скоростью
 8- Ожидаемое потребление: 200-400 мА
 9
10Режим 3: Сложные задачи
11- Повороты, объезд препятствий, манипуляции
12- Ожидаемое потребление: 400-800 мА

 1Пошаговая инструкция:
 2
 31. Подготовка мультиметра:
 4   - Переключить в режим измерения постоянного тока (DCA)
 5   - Выбрать диапазон 2000 мА или Auto
 6   - Красный щуп в гнездо "mA" или "A"
 7   - Черный щуп в гнездо "COM"
 8
 92. Подключение в цепь:
10   - ОТКЛЮЧИТЬ питание робота
11   - Отсоединить один провод питания
12   - Включить мультиметр ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО в разрыв
13   - Красный щуп к "+" источника питания
14   - Черный щуп к входу питания робота
15
163. Проверка подключения:
17   - Включить робота
18   - Убедиться, что ток отображается
19   - Записать показания в спокойном состоянии

1Мощность: P = U × I (Вт = В × А)
2Энергия: E = P × t (Вт⋅ч = Вт × ч)
3Теоретическое время работы: t = Емкость / Ток
4Эффективность: η = (Время факт. / Время теор.) × 100%

1# Псевдокод для режима ожидания
2while True:
3    sensor_check()  # Проверка датчиков
4    wait(1000)      # Ожидание 1 секунда
5    status_led()    # Мигание светодиода статуса

1# Псевдокод для простого движения
2while True:
3    move_forward(speed=50)  # Движение вперед
4    wait(5000)              # 5 секунд движения
5    stop()                  # Остановка
6    wait(1000)              # Пауза 1 секунда

1# Псевдокод для сложных задач
2while True:
3    move_forward(speed=80)     # Быстрое движение
4    if obstacle_detected():
5        turn_right(90)         # Поворот на 90°
6        move_forward(speed=60)
7    manipulator_work()         # Работа манипулятора
8    led_animation()           # Световые эффекты
9    sound_signal()            # Звуковые сигналы

1Диапазон тока: 40-80 мА
2Средняя мощность: 0.3-0.5 Вт
3Прогноз времени работы: 8-15 часов

1Факторы, влияющие на потребление:
2- Скорость движения (квадратичная зависимость)
3- Тип поверхности (гладкая/шероховатая)
4- Нагрузка на робота (собственный вес + груз)
5- Состояние аккумулятора (напряжение)
6- Температура окружающей среды

1Одновременная активация всех систем:
2- Моторы на 100% мощности
3- Все светодиоды включены
4- Датчики работают с максимальной частотой
5- Звуковые сигналы
6- Манипулятор в движении
7- Беспроводная связь активна

 1Эксперимент 1 (Ожидание):
 2Среднее потребление: ___ мА
 3Расчетное время работы: ___ часов
 4
 5Эксперимент 2 (Простое движение):  
 6Среднее потребление: ___ мА
 7Расчетное время работы: ___ часов
 8
 9Эксперимент 3 (Максимальная нагрузка):
10Среднее потребление: ___ мА
11Расчетное время работы: ___ минут

1Оси координат:
2X - Потребляемая мощность (Вт)
3Y - Время работы (часы)
4
5Ожидаемая зависимость: t = C / P
6где C - энергоемкость аккумулятора (Вт⋅ч)

1Пример профиля для смешанного режима:
2Минута 1-2: Ожидание (50 мА)
3Минута 3-5: Движение (300 мА)  
4Минута 6: Поворот (500 мА)
5Минута 7-8: Движение (300 мА)
6Минута 9: Сложная задача (800 мА)
7Минута 10: Ожидание (50 мА)

1I_ср = (I₁ + I₂ + I₃ + ... + Iₙ) / n
2
3Пример для режима движения:
4I₁ = 280 мА, I₂ = 295 мА, I₃ = 275 мА
5I_ср = (280 + 295 + 275) / 3 = 283 мА

1σ = √[(∑(Iᵢ - I_ср)²) / n]
2
3Оценка стабильности потребления:
4σ < 5% от I_ср - стабильное потребление
5σ > 15% от I_ср - нестабильное потребление

1η = (Время_фактическое / Время_теоретическое) × 100%
2
3где Время_теоретическое = Емкость / Ток_средний
4
5Типичные значения:
6η = 70-85% - хорошая эффективность
7η = 50-70% - удовлетворительная
8η < 50% - требует оптимизации

1t × P = const = Емкость аккумулятора
2
3Проверка:
4Режим 1: t₁ × P₁ = 10 ч × 0.3 Вт = 3 Вт⋅ч
5Режим 2: t₂ × P₂ = 2.5 ч × 1.2 Вт = 3 Вт⋅ч
6Режим 3: t₃ × P₃ = 0.5 ч × 6 Вт = 3 Вт⋅ч
7
8Если все произведения равны - закон выполняется!

1P ~ v² (квадратичная зависимость)
2
3Проверка экспериментально:
4Скорость 25%: P₁ = 0.8 Вт
5Скорость 50%: P₂ = 1.2 Вт (должно быть 3.2 Вт)
6Скорость 75%: P₃ = 2.1 Вт (должно быть 7.2 Вт)
7
8Вывод: Зависимость сложнее из-за потерь в механизмах

1При нагреве:
2- Сопротивление моторов растет
3- Эффективность аккумулятора падает  
4- Ток потребления может изменяться на ±10%

1Снижение напряжения питания:
2- Использовать минимально необходимое напряжение
3- Избегать избыточного запаса по питанию
4
5Выбор эффективных компонентов:
6- Светодиоды вместо ламп накаливания
7- Энергоэффективные моторы
8- Датчики с низким потреблением

1Управление питанием:
2- Отключение неиспользуемых модулей
3- Снижение частоты процессора при простых задачах
4- Режимы сна и пробуждения
5
6Оптимизация алгоритмов:
7- Планирование оптимальных маршрутов
8- Кэширование результатов вычислений
9- Пакетная обработка данных

 1# Неоптимизированная версия
 2while True:
 3    # Все системы всегда активны
 4    motors.set_speed(100)        # Максимальная скорость
 5    leds.all_on()               # Все светодиоды включены
 6    sensor_data = []
 7    for i in range(10):
 8        sensor_data.append(ultrasonic.read())
 9        wait(10)                # Частые измерения
10    
11    if obstacle_detected():
12        turn_right(90)
13        motors.set_speed(100)   # Снова максимальная скорость
14    
15    sound.beep(1000)           # Постоянные звуки
16    wireless.send_status()      # Частая передача данных
17    wait(100)

 1# Оптимизированная версия
 2def energy_efficient_robot():
 3    # Адаптивная скорость
 4    speed = 60  # Снижена с 100 до 60
 5    led_timer = 0
 6    sensor_timer = 0
 7    
 8    while True:
 9        # Светодиоды только при необходимости
10        if led_timer % 50 == 0:
11            leds.status_blink()  # Короткое мигание
12        
13        # Датчики с оптимальной частотой
14        if sensor_timer % 20 == 0:
15            distance = ultrasonic.read()
16            
17            if distance < 20:  # Препятствие близко
18                motors.set_speed(30)  # Медленно
19                turn_right(90)
20                motors.set_speed(speed)
21            else:
22                motors.set_speed(speed)
23        
24        # Звук только при событиях
25        if obstacle_detected():
26            sound.beep(500)  # Короткий сигнал
27        
28        # Редкая передача данных
29        if sensor_timer % 200 == 0:
30            wireless.send_status()
31        
32        # Микросон между циклами
33        sleep_microseconds(10)
34        
35        led_timer += 1
36        sensor_timer += 1

1Экономия энергии: ~30%
2Потеря времени на задачи: ~15%
3Итоговая выгода: Положительная

1Было: постоянное свечение (100 мА)
2Стало: мигание раз в секунду (среднее 5 мА)
3Экономия: 95 мА = 95% энергии на подсветку

1Было: каждые 10 мс
2Стало: каждые 200 мс  
3Экономия: снижение нагрузки на процессор на 95%

 1Энергоэффективность (40%):
 2- Процент снижения потребления
 3- Увеличение времени работы
 4
 5Функциональность (30%):
 6- Сохранение основных возможностей
 7- Качество выполнения задач
 8
 9Инновационность (20%):
10- Оригинальность решений
11- Техническая сложность
12
13Научность (10%):
14- Обоснованность изменений
15- Качество измерений и анализа