优秀科技活动评比材料

优秀科技活动评比材料优秀科技活动评比材料 优秀科技活动评比材料智能机器人小车创意设计制作活动实施单位 江苏省天一中学人工智能社团指导老师邓一波俞金炎二零一一年三 月智能机器人小车创意设计制作活动 一 活动背景机器人科普活动由于具有很强的趣味性所以深受广大 青少年喜爱 上世纪八十年代机器人科普活动就在日本 美国等发达资本主义国 家非常广泛的开展起来每年给类比赛活动种类很多民间参与热情很 高 机器人作为一种形式新颖的科技活动载体广泛引入到中小学科技教 育的课堂中在我们国家却是最近十年的事情 并且一开始就在国内广泛的开展起来 应该说机器人科技活动对于培养学生热爱科学养成良好的科学素养 都是非常有帮助的 但是如果深入考察就会发现当前的机器人活动中还存在许多阻碍机 器人科普活动健康发展的不和谐因素 例如目前用于中小学机器人科普教学活动的机器人绝大多数都是购 买自一些教育机器人公司乐高 广茂达 中鸣等这些机器人价格非 常高昂一台人形机器人售价高达两万多元 一台竞赛机器人价格高 达七八千元一套普及机器人套件价格也在千元左右 机器人如此高的价格就决定了机器人活动进行普及性开展是非常困 难的 一般学校投入二三十万元建设机器人工作室也很难做到完全满足学 生实践动手的需要 另外在机器人活动过程中也存在功利性过强的问题有些学校由于投 入了大量的资金用于机器人工作室的建设学校要求机器人活动辅导 老师一定要出成绩要在比赛中拿大奖 这种压力最终转嫁到机器人公司 机器人公司为了保证用户能够拿到大奖千方百计为用户提供 保姆 式 的服务所有的机器人搭建设计全部包揽了机器人程序编写也全 部包揽了 最后学生比赛就流于形式 这样的状况对于中小学机器人科普教育健康发展是非常有害的 如何解决这个问题呢江苏省天一中学人工智能社团的老师和学生决 心用自己的实际行动对机器人科普教育进行改革和创新 智能机器人小车创意设计制作活动以我校人工智能社团为实施单位 主要解决以下几个问题一本次活动参与同学每人制作一台智能机器 人小车每台智能机器人小车的造价控制在100元以下真正做到在不加 重学生的经济负担的前提下每个学生都能够拥有一台机器人 二通过本次活动真正培养深入了解机器人系统结构内部原理的 专 家 型学生使机器人活动不再浮于表面做到脚踏实地 三通过本次活动培养学生学会设计知道在创造新产品过程中的选择 和取舍培养学生对于工程学的兴趣爱好 二 活动过程1智能机器人小车功能造价的定位 对于确定智能机器人小车的功能定位 首先通过人工智能社团的同学上网查找一些已有的机器人小车产品 所能够实现的功能在此基础上进行选择对比选择一些机器人常用功 能作为本次活动所要设计的智能机器人小车必须达到的必备功能 根据对上海未来伙伴机器人公司广东中鸣机器人公司等产品比较以 后确定本活动设计制作的机器人必须能够达到巡线 红外遥控 避 障等最基本的功能 在此基础上还具备进一步开发的潜力使之成为能够完成竞赛技能 足球 灭火等复杂功能的机器人 对于智能机器人小车的造价考虑到我校是一所农村重点高中绝大部 分孩子农村家庭 为了不给他们造成经济压力经过学生共同商量最终确定将智能机器 人小车的造价控制在100元以内 应该说本次活动所设计制造的智能机器人小车具有物美价廉的特点 2智能机器人小车硬件的选择 设计和制作 确定了智能机器人小车功能造价 就要进行智能机器人小车车型结构 控制器 传感器 电源等部件 的设计和选择 现有机器人小车车型结构布局动力的分配种类很多考虑到智能小车 运动的灵活性制造的简单化 最后决定小车的车架设计成三轮结构前两轮采用两个独立电机控制 后轮采用一个万向从动轮 事实表明这种结构简单小车稳定控制方便灵活可以实现小车原地转 弯等操作大大简化了小车的控制 控制器是智能机器人小车最核心的部件之一 一方面控制器造价占到整个小车造价的一半是否能够合理设计选择 控制器关系到整个小车的成本 另一方面控制器是小车实现智能控制的关键合理设计选择控制器直 接决定智能小车功能是否强大编程是否简单 考虑到以上这些因素本次活动最终在NXPLPC2132ATMEL89S52ATMEGA8 TIMSP430等一系列8 32位单片机中综合考虑价格因素系统架构制作简便功能实现等 最终选择ATMEGA8单片机最为机器人小车的主控制芯片 ATMEGA8单片机是高性能 低功耗的8位微处理器采用先进的RISC结 构8K字节的系统内可编程Flash512字节的EEPROM1K字节的片内SRAM 非常丰富的内部设备适合智能小车的应用需要 在电极驱动电路选择上采用单片集成的电机专用驱动电路该电路性 能优越最高可输出1 2A电流具有热保护功能控制简单 为了方便小车控制程序的下载为此控制器专门设计了用于程序下载 的通讯接口 小车的构成框图如下通过框图可以看出小车控制器板载一片L293D可 以驱动两个直流电机 电源模块为控制器提供稳定的5伏直流电源 最主要的是控制器提供了6个模拟信号输入口对于各类传感器输入的 模拟信号单片机提供10位的AD分辨率具备了强大的模拟传感器扩展 功能同时控制器提供14个数字信号输入口 控制器能够同时接入和处理14个外部数字信号具备了强大的数字传 感器扩展功能 确定了机器人小车控制器的关键部件后接着就是小车控制器原理图 的绘制 画原理图使用的是业界应用非常广泛的EDA软件PROTEL99SE 参加活 动的学生通过老师讲授上机练习等方式初步掌握了该软件的使用能 够画一些比霞虻 脑 硗肌 硗纪瓿梢院缶褪荘CB图的绘制 高质量PCB图的绘制需要设计者具有良好的电学经验 因此参加活动学生对于PCB图的绘制只要了解过程就可以了并不需要 他们掌握 PCB图画好以后就直接交工厂进行印刷电路板的生产了 在印刷电路板交付工厂生产的同时同学们就要根据所需要的元件到 电子市场购买元器件 等拿到工厂生产好的印刷电路板小车控制器的焊接工作就开始了 由于参加本次活动的同学绝大多数我校的高一年级 他们已经在通用技术课上经过了电路板焊接基本技能的训练所以焊 接技术是过关的 只有少部分学生我校的国际部和少年部虽然没有经过电路板焊接训 练但在有经验同学的帮助下很快就上手了 接着就是车架轮子等机械部件的组装和调试 3智能机器人小车编程软件的选择和应用当前用于机器人控制编程的 语言和环境种类繁多 简单可以分为图形化编程环境和传统计算机语言编程环境 图形化编程环境编程简单易于操作适合新手上路 但有必须为某种机器人控制器单独开发成本高开发周期长的不利因 素 相反由于AVR单片机是一种在工业领域应用非常广泛的单片机产品因 此为其开发的工具非常丰富可以选择的编程语言种类也非常的多例 如BASIC语言 C语言 C语言等非常流行的语言种类 由于本次活动采用的单片机和DIY界非常著名的Arduino控制器完全 相同 因此本次活动就采用Arduino控制器的开发环境arduino0009作为机 器人小车的软件开发工具 Arduino是源自意大利的一个开放源代码的硬件项目该平台包括一片 具备简单I O功效的电路板以及一套程式开发环境软体 Arduino可以用来开发可独立运作 并具互动性的电子用品或者也可 以开发出与PC相连的周边装置同时能在运行时与PC上的软体进行沟 通 Arduino而整合开发环境的软体则可以自网路上下载与使用 正是Arduino开放的特点吸引广大机器人开发爱好者不断的兴趣 Arduino控制器的开发环境采用类C语言开发机器人控制程序提供丰 富的底层驱动函数 因此机器人开发者即使对单片机的内部不是太了解还是能够像在PC 机上写程序一样方便的进行开发 3智能机器人小车创意制作 等小车的硬件完全安装完成以后老师和同学对自己的作品进行了一 些测试证明质量合格后就可以进行下一步小车的创意制作了 小车制作最基本的功能是巡线小车的制作 要做到小车寻着黑色的线路走需要小车具有能够感知外界色彩的 眼睛 这个眼镜就是光反射传感器 它能够根据外界颜色的变化返回不同光的电压值从控制器的模拟信 号读入这个电压值 单片机就能够在程序里读取这个数值用于判断是否是 黑线 以巡线程序为基础机器人小车就可以进行进一步的开发比如走迷宫 技能比赛等等 对于机器人足球灭火等比较高级的应用由于一些专用传感器尚在开 发之中因此当前尚没有实现尚待进一步开发 另外还有一些同学将机器人控制器用于控制其他的设备就可以做出 智能红绿灯智能温度计智能电池充电器等其他非常有意思的设计 三 活动收获通过本次活动我认为同学们的收获主要表现在以下一 些方面1深入了解机器人设备设计制作的全部过程 掌握了现代机器人的基本构成是一个自动化的机电设备它的核心是 计算机技术它的灵魂是软件技术 本次活动采用的核心部件控制器就是以美国Atmel公司的8位高性能 低功耗单片机为核心 小车控制运行的所要信息都必须经过这个单片机采集和处理 2掌握了计算机软件的编程技术 现在参加活动的绝大部分同都具备了用C语言来书写规范的机器人小 车控制程序的能力 这样使得很多同学都能够用自己的智慧开发各种各样的机器人运用 3学会了设计和取舍 在机器人小车设计过程中需要用到各种各样的知识和技能有些是艺 术方面的有些是技术方面的 在设计过程中很多因素往往是互相影响互相制约的 比如小车的性能和成本小车的美观和性能等等 学会在各个性能之间找到平衡点也是设计的核心之一 4深刻理解合作和协作的重要在机器人小车制作过程中很多事情需要 同学之间相互学习相互帮助只有在团体中去创作才更容易成功 5掌握了熟练的电子技术和机械加工的技能 这方面的进步是非常明显的在焊接控制器电路板的时候一开始往往 问题很多有虚焊有搭锡等各种故障 到后来焊点就非常饱满光滑质量良好 四 附件材料1智能机器人小车控制器原理图 2智能机器人小车控制器印刷电路图 1智能机器人小车控制器元件分布 2智能机器人小车元件清单 序号参数编号封装说明备注11KR8AXIAL 0 3电阻无极性21KR11AXIAL 0 3同上31KR7AXIAL 0 3同上41KR9AXIAL 0 4同上整流二极管有环为负51KR10AXIAL 0 4同上64 7KR6AXIAL 0 3同上710KR5AXIAL 0 3同上810KR4AXIAL 0 3同上910KR3AXIAL 0 3同上1010KR2AXIAL 0 4同上1110KR1AXIAL 0 4同上1210UFC4RB 2 4电解电容长脚正极发光二极管长脚正极131 6MHzY1XTAL 1晶体振荡器1422PC27RAD0 2独石电容无极性1522PC28RAD0 2同上16 74HC04U3DIP 14集成电路注意方向1778LXXU1TO 220同上18100NFC3RAD0 2磁片电容10419100UFC1RB 2 4电解电容长 脚正极电解电容长脚正极xx0UFC2RB 2 4同上21100UHL1AXIAL 0 3电感无极性22104C10RAD0 2磁片电容无极性10423104C5RAD0 2同 上24104C25RAD0 2同上25104C9rad 0 2同上26104C7rad 0 2同上27104C6rad 0 2同上28104C8rad 0 2同上磁片电容无极性298050Q2宽TO92A三极管805030ATMEGA8U40D IP 28集成电路注意方向31104C26RAD0 2磁片电容10432DB9J2DB 9 M串口插座33ICSPJ326脚直座6针插座34IN4007D1AXIAL 0 4整流二极管有环为负35IN4148D2AXIAL 0 3同上36IN4148D3AXIAL 0 3同上37L293DU2DIP 16集成电路注意方向38LEDD7RAD 0 2发光二极管长脚正极39MOTO1J30sip 2二脚插座40MOTO2J31sip 2同上41PORTBJ29SIP 88针插座42PORTCJ34SIP 66针插座43PORTDJ33SIP 88针插座44POWERLEDD5RAD 0 2发光二极管长脚正极45Q18550宽TO92A三极管855046RCAP1小型电 源座电源插座47RESETENABLEJ3SIP 2三针插座48RXD6RAD 0 2发光二极管长脚正极49SERIALENABLEJ1SIP 3三针插座50TXD4RAD 0 2发光二极管长脚正极3智能机器人小车部分控制程序案例 单眼巡线程序intanalogValue0intdir19intdir212intpwm110