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1、光盘内容第十章 创新实践训练产品运动方案设计实例参考一、起重机1. 实物模拟搭建 主要功能由三个分功能组成（1）吊勾升降功能（2）移动功能（3）旋转功能 搭建的参考模型见图10-1。图 10-1 起重机模型2. 程序控制 模拟起重机的工作进行以下循环：吊勾下降吊勾升起（起吊重物）横梁旋转 移动机构横移吊勾下降停顿几秒（卸货）吊勾回升横梁回转移动机 构回移。各部分的运动时间可由实验实际测定，程序见图 10-2，横梁回转的角度可由触动 传感器限位（或由角度传感器确定、或限定转动时间），电机 C 控制吊勾升降、电机 A 控制 横梁回转、电机B控制移动机构横向移动。图 10-2 起重机控制程序3. 其
2、他说明上述起重机横梁回转的角度由触动传感器进行限位控制时，因横梁转动引起的颤振使其 与触动传感器精确接触比较困难，而通过限定转动时间进行控制，由于存在传动误差，横梁 多次回转后位置会发生变化，而由角度传感器控制相对比较准确、可靠。另外对上述起重机结构可进行变异，如图 10-3 的起重吊车，其机架上部可以自由旋转， 以便于吊起四周的货物；机架底座装有轮子，这样在距离上就没有限制，该起重机结构简单， 重量轻，且有多种功能，但缺点是不能吊运重量大的货物。二、无人驾驶灭火车灭火车作为特种消防设备可代替消防队员接近火 场实施有效的灭火救援、化学检验和火场侦察。它的应用 将提高消防部队扑灭特大恶性火灾的实
3、战能力，对减少国 家财产损失和灭火救援人员的伤亡将产生重要的作用。图 10-4 为火场的虚拟环境，表示一个有四个房间 的全黑屋子，黑线表示一定高度的墙，圆圈代表灭火车， 蜡烛代表火源，将随机地放在任意一个房间里。1. 实物模拟搭建图10-4火场虚拟环境要求无人驾驶灭火车能在设定的环境中自行搜索，寻 找到着火点然后进行灭火。要完成上述任务，灭火车的主要功能由四个分功能组成：（1）行走功能灭火车的行走系统可由LEGO低速电机经带传动、链传动、齿轮传动或 蜗轮传动等适当组合进行减速，驱动轮子（或履带）。为使行走顺畅灭火车应与墙壁保持一 定距离，可用红外测距、声波测距、激光测距、接近开关等方法，LEG
4、O部件中可用滚 轮机械结构加触动传感器实现，或在车侧安装光感传感器测定反射光的亮度值来实现距离的 保持（图 10-5）。（2）搜索功能 搜索过程中需要判断和选择合适的道路，可用触动传感器判断前面是否 碰壁该转弯了，或根据装于两侧的光感传感器测得的亮度值决定朝哪个方向运行。实现转弯 的动作可用程序控制，例如先后退少许，再使一边的轮子不转（或较缓慢转动），另一边的 轮子转动，就可使灭火车向轮子不转的一侧转弯。当然要实现灵活转弯，最好搭建机械的转 向机构，另有电机驱动。图10-5红外测距（3）火情发现功能在搜索过程中根据火的光、热、烟等特征判断是否有着火点，灭火 车在移动过程中要不断进行检测，发现火
5、情的方法有：a、根据光线的强弱进行判断，可用 LEGO光感传感器。b、根据温度的高低进行判断，可用LEGO温度传感器。c、根据红外能量 进行判断。为使火情发现得更快、工作更有效，可选择适当时机让灭火车360旋转，以便 提前发现着火点。（ 4）到达着火现场功能 发现火情并不意味着已经到达现场，只有到达现场才能灭火。 要求灭火车靠近着火点的适当位置，距离太远，无法有效灭火或根本灭不掉，太近则灭火车要被火烧到，造成车辆、仪器损坏（模拟火源则可能被撞倒等）。上述传感器的反馈信号会随着灭火车与火源之间的距离的减少而变强，因此可根据能 量的强弱进行判断是否到达合适位置，如图10-6 圆点表示火源，圆圈表示
6、火场范围，黑色 实心方块表示灭火车，它已到达着火现场如图10-7 所示。图10-6火场示意图图10-7模拟火场图10-8无人驾驶灭火车（5）灭火功能 灭火车到达现场后开启灭火 装置进行灭火，常用的灭火方法有水、泡沫、干 粉、风力等，可根据燃烧物的性质选择合适的灭 火方法。若用蜡烛模拟火源，则用LEGO部件实 现灭火最有效的方法是搭建风扇，用风力灭火 （图 10-8）。2. 程序控制 控制灭火机器人的整体思路是：由两个马 达控制机器人行走，一个光感传感器检测机器人 与墙壁的距离。开始时机器人沿右墙行走，如果 机器人远离墙，控制马达向右走，如果机器人离墙太近，控制马达远离墙壁。如果机器人前 方的有
7、障碍物，机器人左转，循环执行。当机器人前方光感传感器检测到蜡烛，机器人追光。 当机器人光值达到一定范围，机器人停止运行开始灭火。（1）机器人搜寻房间 如图10-9所示，程序中用2端口光感传感器检测墙壁，判断数 值，使用容器自动检测，当光感传感器检测到数值大于6 号容器中数值（接近于墙壁），控 制马达 A 旋转， C 马达停止。当光感传感器检测到数值小于6 号容器中数值并且也小于7 号 容器中数值（机器人远离墙壁），控制马达A、C同时旋转。因为光感传感器和触动传感器并联在一个端口，用 2 端口光感图标判断触动传感器是否 被触发。程序循环执行。图10-9搜寻程序程序中主要使用容器来记录数据，减少人
8、为检测数值的麻烦，但在此之前应对它们进行 一些设定，见图10-10。在程序中使用了4、5、6、7、8 五个容器，为了保证读数准确首先 对五个容器清零；用 1 端口光感传感器检测环境数值，然后数值加7再保存到5号容器中；3、5 号容器中数据加6 保存到 6号容器中；这样设计就是设置光感传感器检测范围。（2）机器人寻找火源 机器人寻找火源主要依靠光感传感器，因为光感传感器检测到的 火焰的亮度要比现场的数值高，当然这也与现场环境有关。我们要现场检测一下实际的光值 是多少。机器人在行走过程中要不断检测房间中是否有蜡烛，所以在这里我们用到了事件图标 （见图10-11）。在这里我们主要用分别连接在1和3端
9、口的光感传感器检测机器人前方是 否有蜡烛。为了保证数据准确，首先对传感器清零。图10-11事件图标设置机器人的两个光感传感器，无论哪个检测到有蜡烛，机器人都进入追光程序（见图 10-12）, 1和3端口光感传感器检测前方蜡烛来控制机器人的A、C马达运行；当1端口光 感传感器检测到光值大于 65，机器人跳出追光程序。（这时机器人离蜡烛非常接近，已经进 入 30 厘米白色圆圈范围）。图10-12追光程序（3）机器人灭火机器人找到火源后停下来，开始灭火。需要注意的一点是：机器人在 试图扑灭火焰前必须到达距离火焰30厘米以内，在距离火焰30厘米的圆内有一条2.5厘米 宽的白线。所以在编写程序时，我们要
10、检测机器人停止下来时检测到的烛光是多少。图10-13所示，机器人停下，B马达开始运行，风扇灭火；用1端口光感传感器检测， 如果还有火，马达继续灭火。图10-13灭火程序下面图 10-14 是一个完整的程序，大家可以借鉴一下。3.技术说明搭建模型时注意将模型的中心放到主动轮上（RCX放到马达上，保持机器人的身体平 衡）。检测房间和蜡烛的光感传感器放置位置、角度要注意：a、光感传感器位置要合适，尽量避免外界光线对它的影响。b、检测蜡烛的2个光感传感器的角度要合适。c、为避免光感传感器受外界光线影响，给光感传感器加入遮挡装置。加入触动传感器是为了防止万一光感传感器没有检测到障碍物，机器人也可以继续运 行。风扇的位置要对准蜡烛的中心位置，风扇扇叶不要挡住光感传感器检测，对编程环境和 模块有所了解以后，可以自己编写更佳的程序。n10n4o565p因E3因044440514541764占94A46538上15448654SEi0B I亠44幺aE图10-14灭火车完整程序
