千里之行，始于足下朽木易折，金石可鏤Word-可編輯第10課程序設(shè)計(jì)——機(jī)器人大力士教學(xué)案一、提出問(wèn)題當(dāng)今，日本盛行一種叫做“相撲”的比賽，比賽時(shí)兩位大力士在一個(gè)圓圈內(nèi)互相角力，一方把另一方推出圈外后就會(huì)獲得比賽的勝利，如圖10-1所示。你能做一個(gè)機(jī)器人大力士嗎?讓機(jī)器人去參加“相撲”比賽！二、聯(lián)想圖10-1相撲運(yùn)動(dòng)相撲機(jī)器人倘若做成人形舉行角斗是最理想的，但人形機(jī)器人的制作比較復(fù)雜，再去舉行比賽就更難實(shí)現(xiàn)了。因此，我們利用上節(jié)課制作的機(jī)器人小車(chē)來(lái)制作機(jī)器人大力士。圖10-2機(jī)器人相撲三、要求機(jī)器人相撲，如圖10-2所示。1.機(jī)器人大力士不能出圈2.碰到對(duì)手時(shí)要互相角力四、構(gòu)建機(jī)器人大力士在行走的過(guò)程中是不能主動(dòng)出圈的，出圈后比賽就輸了。要使機(jī)器人不出圈主要是要讓機(jī)器人能夠確切識(shí)別黑線(xiàn)，那機(jī)器人如何能夠識(shí)別黑線(xiàn)呢?這就要依賴(lài)機(jī)器人的眼睛——色彩傳感器。圖10-3色彩傳感器技能牌：色彩傳感器EV3套裝中提供了色彩傳感器，如圖10-3所示，色彩傳感器就像機(jī)器人的眼睛一樣，它可以識(shí)別色彩或光的強(qiáng)度。色彩傳感器提供了三種功能：1、色彩2、反射光芒強(qiáng)度3、環(huán)境光強(qiáng)度機(jī)器人大力士主要利用色彩傳感器的“反射光芒強(qiáng)度”功能，它的原理是色彩傳感器的發(fā)射端口將會(huì)發(fā)射紅光，紅光從物體反射回來(lái)被接收端口接收。我們會(huì)看到反射回來(lái)的百分比：0－100。數(shù)值越小代表光芒越弱，數(shù)值越大光芒越強(qiáng)。這里要注重反射的數(shù)值會(huì)受到物體的色彩，材質(zhì)或環(huán)境光芒的影響。色彩傳感器安裝：色彩傳感器的端口要朝下，如圖10-4所示，并且要考慮到當(dāng)前機(jī)器人測(cè)試的環(huán)境，倘若安裝到小車(chē)的前方就要注重環(huán)境光對(duì)傳感器的影響。因此，為了將影響降到最低，我們通常將色彩傳感器安裝到機(jī)器人的車(chē)底，如圖10-5所示。這樣既可以避免環(huán)境光對(duì)色彩傳感器的干擾，而且在機(jī)器人互相碰撞的時(shí)候也不會(huì)把傳感器撞歪或撞掉。色彩傳感器通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸線(xiàn)銜接到控制器輸入端口3。圖10-4色彩傳感器的端口朝下圖10-5色彩傳感器安裝到車(chē)底五、算法與程序：算法：當(dāng)機(jī)器人前進(jìn)的時(shí)候，會(huì)一直通過(guò)色彩傳感器檢測(cè)地面光強(qiáng)，倘若是白色地面機(jī)器人會(huì)向來(lái)前進(jìn)；倘若碰到黑線(xiàn)，機(jī)器人就會(huì)停止，后退并轉(zhuǎn)向，然后朝其他方向繼續(xù)前進(jìn)，按照算法編寫(xiě)以下程序。程序：挑選“移動(dòng)轉(zhuǎn)向”模塊。注重這里要挑選“開(kāi)啟”選項(xiàng)，如圖10-6所示，電機(jī)會(huì)向來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)。倘若挑選時(shí)偶爾角度，經(jīng)過(guò)所設(shè)置的時(shí)偶爾角度后，電機(jī)會(huì)停止，這樣機(jī)器人就會(huì)向來(lái)停下來(lái)。這是初學(xué)者常常會(huì)犯的錯(cuò)誤，需要在編程的時(shí)候一定要注重這個(gè)問(wèn)題，設(shè)置好電機(jī)方向和電機(jī)功率的模塊程序如圖10-7所示。圖10-6挑選“開(kāi)啟”圖10-7電機(jī)模塊以及電機(jī)參數(shù)挑選“流程控制”類(lèi)中的“等待”模塊。在我們需要等待時(shí)偶爾等待一個(gè)條件時(shí)常常會(huì)用到這個(gè)模塊，如圖10-8所示。圖10-8等待模塊在“等待”模塊中挑選“色彩傳感器”－>“比較”—>“反射光芒強(qiáng)度”，如圖10-9所示。在右上角端口設(shè)置為3，注重端口所設(shè)置的數(shù)值一定要與傳感器銜接的端口一致。這個(gè)模塊的作用是：當(dāng)條件不成立的時(shí)候會(huì)一直運(yùn)行前一個(gè)模塊的動(dòng)作，一旦條件成立，就會(huì)執(zhí)行后面的模塊，我們常常會(huì)把它比喻成生活當(dāng)中的門(mén)，當(dāng)條件不成立的時(shí)候門(mén)是不開(kāi)的，只能執(zhí)行前面的模塊；當(dāng)條件成立時(shí)門(mén)就開(kāi)了，就可以執(zhí)行后面的模塊了。圖10-9挑選反射光芒強(qiáng)度

4.閾值的輸入閾值是條件的比較值，在這里閾值應(yīng)該是黑色和白色的中間值，舉個(gè)例子，當(dāng)黑色光值為40,白色光值為60時(shí)，我們會(huì)挑選中間的一個(gè)值45或55。倘若在機(jī)器人前進(jìn)的過(guò)程中，它測(cè)到的光值小于閾值，這時(shí)機(jī)器人會(huì)知道當(dāng)前位置是在黑線(xiàn)上；當(dāng)前光值大于閾值即認(rèn)定為在白色區(qū)域上。由此我們就可以通過(guò)比較來(lái)判斷當(dāng)前的位置是白色區(qū)域還是黑線(xiàn)。技能牌：閾值的測(cè)量在EV3控制器中打開(kāi)“portview”程序塊，如圖10-10所示。挑選col-reflect功能，即“反射光芒強(qiáng)度”功能。在端口查看中可以看到1端口色彩傳感器的數(shù)值，數(shù)值范圍是0－100。測(cè)量的時(shí)候測(cè)兩次，傳感器放在白色區(qū)域讀一次值，值為96，如圖10-11所示。放在黑色區(qū)域讀一次值，值為4，如圖10-12所示。測(cè)量值的大小要按照?qǐng)龅氐牟馁|(zhì)，地磚和白色燈箱布的差別還是很大的。按照我所測(cè)量的光值，總算閾值取值為50。圖10-10打開(kāi)“portview”程序塊圖10-11讀白色值圖10-12讀黑色值5.檢測(cè)到黑線(xiàn)后，讓機(jī)器人停止，并向后退1秒，然后轉(zhuǎn)向1秒，如圖10-13所示。這里要設(shè)置一個(gè)讓機(jī)器人向后退的動(dòng)作，因?yàn)楫?dāng)檢測(cè)到黑線(xiàn)后，機(jī)器人的位置已經(jīng)處在黑線(xiàn)的上方位置，倘若直接轉(zhuǎn)動(dòng)，很容易讓傳感器接觸到圈外，這樣機(jī)器人很容易浮上走出圈的動(dòng)作。圖10-13檢測(cè)黑線(xiàn)后向后退1秒下載程序，在運(yùn)行時(shí)，你可以看到機(jī)器人碰到黑線(xiàn)后會(huì)停下，并后退和轉(zhuǎn)向，后退和轉(zhuǎn)向的時(shí)光可以按照你的場(chǎng)地舉行取值。固然，對(duì)于電機(jī)的控制你也可以把時(shí)光控制換為角度來(lái)舉行動(dòng)作?，F(xiàn)在，你的機(jī)器人大力士可以上場(chǎng)比賽啦！六、優(yōu)化與改進(jìn)機(jī)器人大力士可以在圓圈內(nèi)行走，但是我們看到機(jī)器人不能自動(dòng)找到對(duì)手，它只是隨機(jī)的舉行移動(dòng)，這樣我們會(huì)覺(jué)得比賽不是異常出色。下面我們就舉行一下改進(jìn)，利用樂(lè)高的超聲傳感器來(lái)找到對(duì)手并舉行角力。技能牌：超聲波傳感器超聲波傳感器可以測(cè)量前方物體與機(jī)器人之間的距離，如圖10-14所示。它的原理是超聲傳感器發(fā)出超聲波，超聲波從物體反射回來(lái)被超聲傳感器接收，按照聲波發(fā)射與接收的時(shí)光計(jì)算出機(jī)器人與物體之間的距離。超聲波傳感器的測(cè)量范圍是：0—255cm。圖10-14超聲波傳感器1.安裝超聲波傳感器超聲波傳感器安裝在機(jī)器人的前方，將發(fā)射口一面朝前安裝。如圖10-5所示。這里要注重傳感器的安裝高度，不要安裝的過(guò)高，要按照對(duì)方機(jī)器人的高度舉行安裝，否則會(huì)檢測(cè)不到對(duì)手。將傳感器通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)銜接到控制器的輸入口4，如圖10-16所示。圖10-15超聲波傳感器的安裝圖10-16超聲波傳感器固定到小車(chē)上2.算法與程序算法：機(jī)器人大力士在圈內(nèi)旋轉(zhuǎn)尋找對(duì)手，一旦發(fā)現(xiàn)對(duì)手，前進(jìn)與對(duì)手舉行角力，同時(shí)，機(jī)器人要隨時(shí)檢測(cè)黑線(xiàn)，不能超越黑線(xiàn)走出圓圈。程序：機(jī)器人旋轉(zhuǎn)尋找對(duì)手，通過(guò)超聲波來(lái)發(fā)現(xiàn)對(duì)手。將“等待超聲波”模塊中的單位設(shè)置為厘米(cm)，超聲波傳感器的測(cè)量范圍是：0—255cm，在超聲波距離小于30厘米時(shí)可以發(fā)現(xiàn)對(duì)方，如圖10-17所示。距離遠(yuǎn)近可以視比賽場(chǎng)地自行調(diào)節(jié)。圖10-17等待超聲波小于30CM發(fā)現(xiàn)對(duì)手后，要與對(duì)手角力，但是機(jī)器人一直要監(jiān)測(cè)超聲測(cè)距和地面黑線(xiàn)檢測(cè)兩個(gè)條件，因此，光值的判斷不能使用等待模塊，在這里我們使用切換模塊。技能牌：切換模塊切換模塊可以舉行條件的比較或者是多種條件的挑選。切換模塊實(shí)際整合了程序設(shè)計(jì)中的分支語(yǔ)句和多條件挑選語(yǔ)句，如圖10-18所示。圖10-18切換模塊用切換模塊判斷色彩傳感器是否檢測(cè)到地面黑線(xiàn)。當(dāng)色彩傳感器檢測(cè)到黑線(xiàn)時(shí)，機(jī)器人后退并且轉(zhuǎn)動(dòng)；反之沒(méi)有檢測(cè)到黑線(xiàn)，機(jī)器人會(huì)向前行進(jìn)0.2秒，如圖10-19所示。圖10-19切換模塊控制機(jī)器人識(shí)別黑線(xiàn)并控制電機(jī)

殘破程序如圖10-20所示，這是相樸機(jī)器人的殘破程序。圖10-20相樸機(jī)器人程序經(jīng)過(guò)改進(jìn)以后，機(jī)器人大力士就可以尋找到對(duì)手，并與對(duì)手舉行角力，這將會(huì)讓我們的相撲比賽變得越發(fā)出色！七、實(shí)踐與研究當(dāng)我們測(cè)量黑線(xiàn)時(shí)，為什么光芒強(qiáng)度值會(huì)小?____________________________________________________________________________________色彩傳感器離物體的距離是否會(huì)影響光芒反射回來(lái)的比值?如何影響?___________________________________________________________八、拓展利用色彩傳感器的“反射光芒強(qiáng)度”功能，讓機(jī)器人小車(chē)可以沿著黑線(xiàn)行走，如圖10-21所示。提醒：要使機(jī)器人小車(chē)能夠順利地走黑線(xiàn)，要調(diào)節(jié)色彩傳感器與電機(jī)之間的軸距距離，把色彩傳感器安裝到車(chē)的前方,這樣機(jī)器人小車(chē)走黑線(xiàn)的效果會(huì)更好!圖10-21機(jī)器人小車(chē)走黑線(xiàn)殘破程序：如圖10-22所示。圖10-22機(jī)器人小車(chē)走黑線(xiàn)九、作業(yè)利用色彩傳感器的“色彩”功能，讓機(jī)器人能夠自動(dòng)識(shí)別色彩，如檢測(cè)紅色時(shí)，讓機(jī)器人發(fā)出語(yǔ)音信息“Red”。提醒：挑選色彩傳感器“色彩”功能后，機(jī)器人可以識(shí)別無(wú)色彩，黑色，藍(lán)色，綠色，黃色，紅色，白色和棕色8種色彩，分離用數(shù)值0－7來(lái)表示，如圖10-23所示。另外，用色彩傳感器的切換語(yǔ)句舉行多條件比較會(huì)使程序變得十分容易。注重：當(dāng)挑選色彩傳感器“色彩”功能后，傳感器與被測(cè)色彩之間要距離很近才可以測(cè)量確實(shí)切。圖10-230－7代表的8種色彩光電小