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指導(dǎo)學(xué)生制作和調(diào)試機(jī)器人完成滅火任務(wù)初探

2010-12-29 00:00:00
中國科技教育 2010年7期


  隨著經(jīng)濟(jì)和科技的高速發(fā)展機(jī)器人教學(xué)在學(xué)校中將會越來越被重視。指導(dǎo)學(xué)生制作和調(diào)試機(jī)器人完成滅火任務(wù)是每一個學(xué)生所必須掌握的基本技能,下面針對這一問題談一下自己對這方面的看法。
  
  一、滅火場地的研究
  
  要想順利完成機(jī)器人滅火任務(wù)。首先要讓學(xué)生熟練了解滅火場地的布局和構(gòu)造及搜索房間的路線。
  機(jī)器人滅火比賽場地采用國際標(biāo)準(zhǔn)比賽場地,總共4個房間,按照機(jī)器人搜索房間的次序不同,走過的路徑長短不同。那么消耗的時間也不一樣;同樣的,機(jī)器人行駛的難易程度也不同,因此選擇一條合適的路徑相當(dāng)重要。
  按照規(guī)則要求,蠟燭放在任意一個房間內(nèi),所以要求搜索房間時使用最優(yōu)路徑。按照搜索房間的次序有以下幾種可能的路徑:
  (1)4-3-2-I,路徑長度為608cm。
  (2)3-4-2-1,路徑長度為608cm。
  (3)1-2-3-4,路徑長度為624em。
  (4)1-2-4-3,路徑長度為582cm。
  根據(jù)以上對比,很容易得出最優(yōu)路徑為1-2-4-3,但是考慮到傳感器的安裝位置,機(jī)器人到達(dá)3號房間門口時無法檢測到火焰,于是采用以下路徑:1-2-3-4-3。
  第1次進(jìn)入3號房間時,不檢測火焰,直接退出到4號房間,等4號檢測完后,再進(jìn)入到3號房間進(jìn)行檢測。
  這樣做有兩個好處:一是當(dāng)火焰在門口相對較近的3或4號房間時,機(jī)器人多搜索一個房間會有0.35的減分系數(shù),可觀的減分系數(shù)相對于多走的路程還是相當(dāng)有利的:二是可以避免3號房間傳感器無法看到火焰的情況。
  
  二、傳感器的研究
  
  傳感器是機(jī)器人滅火必不可缺少的重要部件,學(xué)生只有熟練掌握這一技巧才能完成滅火這一任務(wù)。
  在滅火機(jī)器人中主要使用了三類傳感器,火焰?zhèn)鞲衅魇怯脕硖綔y火焰的;紅外傳感器用來測量小車到墻壁的距離,用來定位;灰度傳感器主要是用來識別地面的白線。
  
  1 火焰?zhèn)鞲衅?br/>  遠(yuǎn)紅外火焰探頭將外界紅外光的變化轉(zhuǎn)化為電流的變化,通過主板反映為0-1023范圍內(nèi)的數(shù)值。外界紅外光越強(qiáng),數(shù)值越小。因此越靠近熱源,機(jī)器人顯示讀數(shù)越小。根據(jù)函數(shù)返回值的變化能判斷紅外光線的強(qiáng)弱,從而能大致判別出火源的遠(yuǎn)近。此外,遠(yuǎn)紅外火焰探頭探測角度為60°?;鹧?zhèn)鞲衅鞯脑砣鐖Dl所示。
  根據(jù)以上原理指導(dǎo)學(xué)生在比賽中,在機(jī)器人前方加裝三個以上的火焰?zhèn)鞲衅鱽硖綔y火焰,這樣機(jī)器人到達(dá)房間門口即可感應(yīng)到火焰是否存在。從而進(jìn)行滅火的選擇。
  2 紅外測距傳感器
  紅外測距傳感器測量有效距離一般為10~80cm,對應(yīng)輸出電壓為2.5VNOV。在機(jī)器人滅火調(diào)試中紅外傳感器安裝的位置是至關(guān)重要的,因此如何指導(dǎo)學(xué)生安裝并調(diào)試紅外傳感器是一個復(fù)雜的過程,需要讓學(xué)生多方面去練習(xí)、調(diào)試。
  3 灰度傳感器
  灰度傳感器的作用是檢測地面反射光線的強(qiáng)度,使機(jī)器人能識別地面顏色的深淺。在滅火比賽中,灰度傳感器主要是用來檢測地面的白線?;叶葌鞲衅魇抢霉饷綦娮璧淖柚禃S著光照強(qiáng)度的變化而變化這一特性制成的。
  灰度傳感器由兩個主要部件組成:高亮LED和光敏電阻。LED通過串聯(lián)一個限流電阻連到電源兩端,使之提供反射光源。光敏電阻其實(shí)是一個能根據(jù)光照強(qiáng)度而變化的可變電阻,在電路中串聯(lián)一個電阻進(jìn)行分壓,另外在光敏電阻兩端并聯(lián)一個104電容,降低信號干擾。灰度傳感器電路如圖2所示。
  灰度傳是一個運(yùn)用比較簡單的傳感器只要設(shè)置好數(shù)值,安裝好位置就可以了。
  
  三、程序編寫
  
  程序在機(jī)器人完成滅火任務(wù)中起到指揮的作用,相當(dāng)于人的大腦,因此程序編寫的好壞直接影響著機(jī)器人滅火的成功與否。這一部分相對于學(xué)生來說比較困難,這就要求學(xué)生具備較強(qiáng)的邏輯推理和一定的程序知識。學(xué)生在寫程序時一定要不斷地探索、調(diào)試機(jī)器人在運(yùn)行中所出現(xiàn)的問題,并將這些問題在實(shí)施時及時加以改正。
  總之。機(jī)器人滅火調(diào)試是一個極其復(fù)雜和漫長的過程,學(xué)生只有長時間操作,不斷地從失敗中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)才能調(diào)試出滅火非常成功的機(jī)器

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