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第8章 会“悬崖勒马”的机器人

观看电视节目时,我们经常会看到这样的镜头,一匹马带着它的主人为躲避追兵,疯狂地奔跑着。此时险情出现了,前面是悬崖峭壁,无路可走,眼看马就要冲下悬崖了,就在这一危急关头,马儿急忙“刹住了车”,救了它自己和它的主人,这就是“悬崖勒马”。

“悬崖勒马”指在在高高的山崖边上勒住马,比喻到了危险的边缘及时清醒回头。

如果你驾驶着一辆汽车,疾驶在蜿蜒的山路上,突然眼前出现万丈深渊,你一定也会立即紧踩刹车,来个“悬崖勒马”。

怎样才能制作一个能做到“悬崖勒马”的小车呢?到了悬崖边就没有路了,可以在小车前面装一个“手臂”来探测到前面无路了,再告知小车的“大脑”,使小车停下来。我们可以使用触动传感器和光电传感器来制作一个会“悬崖勒马”的机器人,可参考图34。

搭建装有触动传感器的机器人活动任务设计一个装有触动传感器的机器人,了解触动传感器的作用。

步骤一:搭建机器人实体(1)制作机器人前,首先需要思考实现该功能的方法。

①能做到“悬崖勒马”,就是要当其运行到“悬崖”边(课桌边)上时,能够感知周围的环境状况,自动停止并后退。用什么来感知、判断已经到了“悬崖”边呢?可以利用触动传感器(实际上就是—个开关)的“断开”和“接通”来控制电动机转动的方向,使机器人进退自如。

②怎样控制触感的“断开”和“接通”?我们可以利用乐高梁搭建一个“杠杆”,利用机器人的质量,使“杠杆”的一端按下或松开触感的开关。

③用ROBOLAB软件编写程序,让你的机器人实现“自动控制”。

(2)利用西觅亚公司的机器人套装来制作这个机器人,很容易操作。

需要使用的器材包括:1个RCX控制器(它是一个微型计算机),2个低速电动机(马达),1只触动传感器,3根连接线,一些多孔“乐高”梁,“乐高”板,“乐高”轴,轴套,固定销,一张表面平滑的课桌等。

材料备好后,检查RCX是否装了电池,RCX是否已下载安装了固件(ROBOLAB软件)。

和同学比一比,看谁搭建的结构更合理,更加节省材料(3)搭建过程。

步骤二:赋予机器人智慧要让机器人完成任务,除了需要设计一个结构完美的身躯之外,你还需要为它设计一个成功的程序,可利用ROBOLAB软件编制。

活动提示当机器人感觉(触感)到前面是“悬崖”时,它应当采取的措施是:停止、后退,然后是转弯(转身)离开“悬崖”。这几个动作是编程中应注意的关键。

由于是处于“悬崖”边,车速不能太快,否则机器人会由于惯性冲出“悬崖”而受损。

活动步骤使用ROBOLAB软件中的INVENTOR4来编写这个程序。

下图给出了一个“悬崖勒马”程序的参考实例。

编程过程中,需要理清机器人的运行过程,最好在笔记本上画出流程方块图。编写程序时,依据流程在ROBOLAB软件前面板的空问里拖拽模块图标。

程序编写好后,连接好红外线发射塔,把程序下载到RCX中,编程工作即告结束。

现在你已经把你的思维通过ROBOLAB软件传递给了机器人,下面就来检查它的执行情况,让机器人开始运行程序。

步骤三:认真高度,精益求精(1)把课桌上的东西腾空,为机器人准备一个“空旷”的“悬崖”。把它放在课桌的中间,启动机器人,密切注视它的运动情况。一只手放在课桌边,防止其坠落。如果成功,就说明你搭建的结构和编写的程序符合设计要求。

(2)调试过程中可能会遇到一些问题,只需要认真观察和细心思考,你就会找到解决方法。

问题:

①机器人运动到“悬崖”边停不下来检查一下触感开关“通”“断”的情况,看启动前触感是否被压下,以及它是否把开关信号传给了RCX。

电动机能量级别设置得是否过高,速度是否太快。

②机器人在前进过程中,运动的轨迹不是直线,总是走偏两个电动机的转速可能不相同,用其他电动机调换一下试试。

检查两边轮子摩擦阻力的大小,加以调整。

调试过程中,你可能还会遇到其他各种问题。这正是你进行科学实践的机会,经过不懈的努力,你一定会得到满意的结果。

现在已经完成了会“悬崖勒马”的机器人的制作,你也体验了一次机器人工程师进行科学技术研究、设计、调试的全过程,相信你有很多的体会和收获。

步骤四:活动完成后,思考以下几个问题①你在实验前准备用哪些器材搭建这个机器人②你在搭建这个机器人的过程中用到了哪些物理学知识③你使用了哪些传感器作为机器人的感觉器官④你准备怎样编写这个机器人的程序?编写程序前,你是否先在你的笔记本上画出了流程图实践课堂检测在制作会“悬崖勒马”的机器人时,你在搭建结构的过程中遇到的最大困难是什么使用触动传感器时,你采用的是开始时压下还是开始时松开的方式?二者有什么区别如果使用其他类型的传感器(比如光电传感器),能否完成任务知识链接信息如果想了解关于传感器的更多信息,尤其是触动传感器和光电传感器,请查看:http://www.semia.

答案提示检测与评估检测:

最难的问题可能是触动传感器的固定方法。

开始时松开的方式更好,因为这样更容易触动机器人。

使用光电传感器也可以完成任务。

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