Máquina de Estados em Robótica

Nesta atividade vamos aprender o conceito de máquina de estados e como implementá-la em um robô.

Imagine o robô seguidor de linha abaixo:

Uma forma de implementar o comportamento deste robô é utilizando uma máquina de estados. A máquina de estados é um modelo matemático que descreve o comportamento de um sistema. É formada por um conjunto de estados e transições entre estes estados. Cada estado representa uma condição do sistema e cada transição representa uma mudança de estado.

No caso do robô seguidor de linha, podemos definir os seguintes estados:

• Andar pra frente: O robô anda pra frente rodando os dois motores em velocidade máxima.

• Virar pra direita: O robô vira para a direita rodando o motor esquerdo em velocidade máxima e o motor direito em velocidade mínima.

• Virar pra esquerda: O robô vira para a esquerda rodando o motor direito em velocidade máxima e o motor esquerdo em velocidade mínima.

• Parar: O robô para ambos os motores.

Agora podemos definir as transições entre os estados:

• Andar pra frente: O robô entra neste estado quando ambos os sensores estão detectando a linha.

• Virar pra direita: O robô entra neste estado quando apenas o sensor direito está detectando a linha.

• Virar pra esquerda: O robô entra neste estado quando apenas o sensor esquerdo está detectando a linha.

• Parar: O robô entra neste estado quando nenhum dos sensores está detectando a linha.

Em python, podemos implementar a máquina de estados definindo uma variável que armazena o estado atual do robô (string) e uma função para cada estado, que executa as ações necessárias para aquele estado.

A função principal do robô deve executar a função do estado atual e verificar se o estado deve ser alterado. Isso poderia ser feito com um grande bloco de if e elif, mas uma forma mais elegante é utilizar um dicionário, onde a chave é o estado atual e o valor é uma função que deve ser executada.

Então, o a estrutura do código ficaria assim:

    def __init__(self):
        ...

        self.robot_state = 'frente'
        self.state_machine = {
            'frente': self.frente,
            'direita': self.direita,
            'esquerda': self.esquerda,
            'parar': self.parar
        }

    def frente(self):
        # Código para andar pra frente
    def direita(self):
        # Código para virar pra direita
    def esquerda(self):
        # Código para virar pra esquerda
    def parar(self):
        # Código para parar

    def control(self):
        self.state_machine[self.robot_state]()

        # Código para verificar se o estado deve ser alterado

No código acima, definimos o estado inicial como frente e criamos um dicionário chamado state_machine que associa cada estado a uma função. A função control executa a função do estado atual e o código para verificar se o estado deve ser alterado.

Outro ponto importante em máquinas de estados é a definição do estado inicial. No caso do robô seguidor de linha, o estado inicial é frente, pois se o robô parar ou virar ele pode não encontrar a linha.