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1、人本和大苧创新设计实训设计题目：网格导航完成日期：2012年4月学院：机械工程学院专业：机械工程及自动化指导老师：武刚小组成员：课程成绩评价表学号姓名年级专业工作分工成绩程序编写论文撰写模型搭建造型设计模型搭建造型设计模型搭建造型设计模型搭建造型设计整体评价性能（70%美观与创意(30%评语:一、乐高机器人简述4二、问题的提出和分析52.1 设计目标52.2 功能分析5三、方案的选择和模型的搭建63.1 行走功能63.2 定位功能73.3 停车功能73.4 避障功能73.5 美感工作8四、程序的实现94.1 程序流程图94.2 功能模块124.3 程序全图13五、设计小结145.1 感想145
2、.2 感谢15、乐高机器人简述上个世纪的八十年代，称为个人计算机（PC）的时代，把九十年代称为Internet飞速发展的时代，那么本世纪的第一个十年，会是个人机器人（PR）的时代。随着智能机器人技术的发展，智能机器人的教育走入中、小学校已经成为必然趋势。智能机器人教育走进普通中、小学校的可能性和必然性估计会在今后的五年内得以实现。21世纪是全球科技经济激烈竞争的世纪。参与激烈的竞争，担负建设的重任，时代向新一代中国青少年提出了高标准、高要求，让他们提高素质、发展潜能，适应当今这样一个科学普及的信息化，现代化时期，他们才能成长为合格的祖国现代化事业的建设者和接班人。在这里，你可以了解到：乐高机器
3、人发展史及发展方向、机器人的构成、机器人的制作、操作、机器人的语言编程、机器的竞赛规则、竞赛技巧等。在这里，我们将破除青少年对机器人的神秘感，提高青少年的逻辑思维能力、动手协作能力和创造能力，让青少年亲手搭建制造一个属于自己的梦想中的个人机器人。我们还会组织一些对个人机器人感兴趣的青少年，参加多项国际性的机器人大赛，展现证明中国新一代的智慧和风采。机器人教育是当今教育中“第一综合”教育资源。在美国麻省理工、塔辅茨大学、卡内基梅隆大学、哈佛大学、美国太空总署等等世界著名高等学府和科研机构应用乐高机器人在教育和科研项目的设计中，有许多教授使用乐高积木开展和研究各种课程，包括机器人、机械、计算机、设
4、计与技术和创造性思维的促进等。他们设计的这些教育方法和课程有适合大中小学的，也有适合研究生课题的。中国也有许多学校开始使用乐高积木来开展各种拓展性和创新性的科学技术类课程，促进学生的创造力、解决问题能力，以推进素质教育。每年，国际和国内的乐高机器人大赛更是吸引了很多的学生和家长爱好者的参与。二、问题的提出和分析2.1 设计目标网格导航小车主要有两个实验的目标：（ 1）能够识别方向且能正确判断经过的网格位置，以及它能立即识别自身所在方向，通过不断的调整方向，最后将小车停止在指定网格内。（ 2）能够识别前方是否有障碍物的存在，并在有障碍物阻碍的时候，改变方向以避开障碍物。2.2 功能分析网格导航小
5、车必须具备一些主要的功能：（ 1）行走功能。网格导航小车的行走系统可由LEGO低速电机经齿轮传动适当组合进行减速，驱动轮子。这过程需要两个个电动机，用来给左右的两个轮胎提供动力，使其运动。（ 2）定位功能。小车还要具备定位功能，定位过程中需要判断。我们在小车上安装了光传感器，根据它来判断经过网格线个数及方位。在定位过程中根据经过的网格线个数判断小车的坐标位置及方向：根据网格反射光线的强弱进行判断，用LEGO光感传感器。事先需要大致测量网格线光光度及网格内白色面积光感度，取其中间值。我们用了两个光的传感器使光感的定位更加的准确。（ 3）到达终点或边缘停车功能。到达指定位置或边线，要求小车强制停车
6、，防止小车掉落损坏：由于光感接头有限，于是我们想到当小车检测到经过的网格线达到需要的位置时强制停车。这样的问题是我们必须想到的，也是必须要克服的。（ 4)避障功能。能够识别前方是否有障碍物的存在，这里可以用触动传感器进行判断。并在触动传感器发现有有障碍物阻碍的时候，改变方向以避开障碍物。三、方案的选择和模型的搭建我们在初步分析了上述需要实现的功能后，开始了我们方案的选择和模型的搭建。3.1 行走功能。(1)骨架的搭建。首先，我们要把小车的骨架搭建好，骨架作为整个小车的支撑其承载力必须要满足要求，否则就不能支撑小车的重量，所以我们选择多列板作为底板并且选用单列板进行加强固定，提高小车的碰撞强度，
7、在行进途中也更加的稳定。搭建结果如下图所示。骨架的搭建2）轮胎的安装。骨架搭建好后，就要考虑怎么让小车行走的问题了。有多种组件可以实现这种功能，例如说履带或者车轮，但考虑到我们要让小车要有向前走、向后走、向左、向右转这几个功能，所以选用了四车轮设计。在给底架安上轮胎时，由于限制于功率及接口，轮胎和电动机之间采用较短的轴，通过它将轮胎、齿轮和轴套链接起来，再在底板里面加上了两个长梁，将轴穿过中间的孔加以固定。（3）电动机的放置。接下来就是放置电动机了。这里主要是指用来带动轮胎运动的电动机的发置的选择。轮胎驱动方面，先要考虑的是采用四轮驱动好，还是两轮驱动好。二轮驱动力量小及体积大，不适合网格转向
8、及不允许齐线走的要求；于是我们选择了结构紧凑的四大轮驱动。3.2 定位功能。小车的定位功能是利用一个光传感器来实现的。采用两个光传感器的原因是为了可以根据光线的强弱，通过判断比较两个光传感器的数值来判断小车在网格的位置。这样通过程序的修正可以不断的靠近终点坐标。3.3 到达终点或边缘停车功能。小车在到达边缘或指定终点网格之后就要停止电动机转动，防止小车掉落损坏。3.4 避障功能。我们在小车前端装上了触动传感器，这是探知前方障碍物用的。当障碍物碰撞到前方的触动传感器，则用程序控制小车避开障碍物3.5 美感工作。经过上面三个内容后，我们小车的结构基本上就完整了。作为工科的学生，我们都把性能放在了第
9、一位，在性能实现的基础上，我们也对小车进行了美化工作。四、程序的实现ROBOLAB是乐高机器人专用的编程语言，它利用图形化编程环境，使的我们特别容易掌握，ROBOLAB软件编程不需要记各种语句的格式，不需要在电脑上输入语句，只要将所需要的图标逻辑性的连接起来就可完成程序的编写。4.1 程序流程图。(1)主流程图：图4.1主流程图(2)避障分支流程图:流程图续图(3)坐标分支流程图图4.2蔽障分支流程图进入坐标循下电机A、C正转流程图续图图4.3网格导航流程图4.2 功能模块。(1)蔽障功能模块：小车蔽障功能主要是实现目标为：能够识别前方是否有障碍物的存在，并在触动传感器发现有有障碍物阻碍的时候
10、，改变方向以避开障碍物。蔽障功能模块的程序图如图4.4所示。图4.4蔽障功能模块程序图(2)网格导航模块：小车的网格功能主要体现在：们在小车上安装了光传感器，根据它来判断经过网格线个数及方位。在定位过程中根据经过的网格线个数判断小车的坐标位置及方向：根据网格反射光线的强弱进行判断，用LEGO光感传感器。事先需要大致测量网格线光光度及网格内白色面积光感度，取其中间值。我们用了两个光的传感器使光感的定位更加的准确。并且最后准确停在规定终点坐标位置。搜索功能模块白程序图如图4.5所示。H5&U1图4.5搜索功能模块程序图4.3 程序全图图4.7程序全图五、设计小结5.1 感想我认为这次的创新设计实验
11、是非常有意义的，因为我们在学校大多数时间都是在和理论打交道。理论固然非常的重要，但是实践却也是不可或缺的，一个人即使理论再好，但是他的动手能力和临场创新以及组织协商比较差，也会对自己以后的工作造成很大的麻烦。而且这次实验让我们充分的认识到了自己的不足，尤其是创新能力，所以在以后的学习中：我们不仅要牢固的掌握好理论基础，而且也要关注前沿的与本专业有关的科技，与时俱进丰富自己的视野。这次实验的编写程序对于我们也是一个很大的挑战，在老师讲解下我们也初步了解编程，通过反复的实验终于调好了自己的程序，完成了这些简单程序编写。5.2 感谢感谢学院开设这门课程，给我们一次真正实践的机会，让我们能够把理论与实践相结合，也学习到了乐高机器人的编程，给予我们知识上的很大提高，也了解了创新的重要性。特别感谢武刚老师在实验过程给予我们指导和帮助，老师非常的耐心给我们讲解设计的原理和程序的编写，并且在调试程序时更是帮助我们去查找错误，修改不完善的程序指令，给予我们外观创新设计的启发，使我们顺利的完成了设计和编程。
