乐高-结业报告

结业报告创新实训 GROUP 1 乐高机器人创新设计结业报告Group 1【小组成员】 张胜 郑焕科 孙宝旦 王金 张鑫 李路军 白家宝 曹雪男【指导老师】 许 爽 【实训日期】 2012 年 5月 创新实训 GROUP 1课程成绩评价表学号姓名年级专业工作分工成绩5王金11级嵌入式技术与应用 （普）模型搭建6李路军2张鑫2白家宝1曹雪南造型设计2张胜6郑焕科程序设计论文编写5孙宝旦整体评价性能（70%）美观与创意（30%）评语：创新实训 GROUP 1 前言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，尤其是金融危机的到来，更加加 剧了竞争的激烈程度。参与激烈的竞争，担负建设的重任，时代向我们提出了高 标准、高要求，让我们提高素质、发展潜能，适应当今这样一个科学普及的信息 化、现代化的时期，只有这样我们才能成长为合格的祖国现代化事业的建设者和 接班人。所以我们学校顺应时代的呼唤，开设了“创新设计实训”这门课程。 创新贵在于实践，在实践中创新，在创新中学习，从而构筑新的知识框架和 达到知识积累的目的，是实现素质教育和培养创新型人才的根本，这门课程将有 助于增强我们的动手能力和激发我们的创新思维。 乐高机器人很像我们小时候搭积木的玩具，我们在学习知识、增加竞争力的 同时还重温了小时候的美好时光，同时我们的团队精神得到了提升，思维也变的 更加严密了 目 录 一、乐高机器人发展史 5二、问题的提出和分析 7三、方案选择和模型搭建 10四、程序编制和程序说明 12五、运行结果和实训小结 13六、 鸣谢 17七、附件一：往返机器人程序八、附件二：导航机器人程序流程图一、乐高机器人的发展史乐高公司创办于丹麦，至今已有70多年的发展历史，追本溯源，还得从它的金字招牌LEGO说起。商标“LEGO”的使用是从1934年开始，其语来自丹麦语“LEg GOdt”，意为“play well”，并且该名字首先迅速成为乐高公司在Billund地区玩具工厂生产的优质玩具的代名词。多年来，“LEGO”图标也变化了多种形式，最新的图标是1998年制作，它是在1973年的版本基础上稍作调整而成，使之更便于在媒体上传播和识别。乐高积木的发明者是奥勒基奥克，他1891年生于丹麦比隆附近的菲尔斯哥夫村。他有一手精湛的木匠手艺，年轻时就热衷于制作各种小玩具，出自他手的小飞机、汽车、动物个个形态逼真、惟妙惟肖。尽管他不懂经商，玩具经常滞销，但这并未使他放弃自己的爱好。后来，他设计的拼插玩具“约约”终于风靡一时。1934年，他为自己的积木玩具设计了“乐高”商标。创始人Ole Kirk Christiansen曾在公司内部为其小型玩具厂以及生产的木制玩具举办了一次征集名字的活动，而最后选中的就是他的提案，但该商标名直到1954年才在丹麦进行合法注册。“LEGO”的发展，伴随着的是乐高公司规模与知名度不断地上升，手中的“武器”则是源自丹麦的玩具积木，通过不同人的不同组合，甚至同一人的不同巧思，乐高积木可以构建出不同的世界。简单的物件不但为孩童构建出一个奇妙的世界，让每一个看到它的小孩都抵挡不了如此巨大的诱惑，因此在欧美家庭，乐高玩具一直享有很高的声誉，即使在亚洲，也有相当多的用户，只是因为价格昂贵，放慢了它的进一步向市场扩展。目前乐高积木走俏全世界，在130多个国家里占有市场。据估计，拥有乐高积木的儿童在3亿以上。别看乐高在市场上取得了巨大的成功，但是他们并没有因此松懈下来。如今的世界已是PC的天下，现实的玩具已不能满足孩子们的幻想和好奇，而电脑内的虚拟空间才能完全容纳儿童的想象天地。为此，乐高公司除了保持在玩具制造方面的巨无霸地位，还努力向电脑游戏的方向发展，而他们的题材，仍然是自己最擅长的玩具积木方面。不论男女老少，乐高的游戏系列都能适合他们，他们也必定能在其中寻找到曾经经历的、或是未曾经历的感受。21 问题的提出创新实训课程是利用乐高机器人套装设计机器人完成实训任务的。最后我们选择的结课任务是机器人往返跑五次。它要求我们自主导航机器人，并编写导航控制程序。 乐高机器人套装中包括RCX控制器、马达、角度传感器、光线传感器、触动传感器、温度传感器以及近800件搭建机器人所用的基础构件等。利用这些器件，可方便搭建各种机器人。BriccCC软件是乐高机器人编程及烧写一体的软件，它可将编好的程序通过编译后灌输到组装好的机器人小车；运用该软件可方便快速的编写机器人控制软件。 往返跑机器人是指可以在规定的有界范围内来回往返五次，并自动停止运动。在完成的前提下，尽量的减少过程中所用时间。 往返主要解决的问题：1) 要考虑循环次数，在五次后能自动停止。2) 要考虑机器人的惯性，冲出界的时间要尽量减少。3) 在组装过程中，要考虑零件的配合，看是否能让小车沿直线行走，以减少时间。22 问题的分析1、乐高组件：通过前三次认真仔细的创新实训，我对乐高组件已经有了更多的认识。乐高组件是一种优秀的科技教育产品，它将模型搭建和计算机编程有效的结合在一起，使学生能够设计自己的机器人，在计算机上编写程序，然后通过与计算机相连的红外发射器将程序下载到机器人的大脑RCX微型电脑，启动RCX的开关，机器人就可以完全脱离计算机，按指令独立运动。LOGO电动机，可以用来驱动轮胎，可以用来带动齿轮转动；LOGO光电传感器，可以用来感知前方光源的变化；LOGO触动传感器，只要接触到物体就可以通过他传输到RCX微型电脑来改变命令；LOGO齿轮，可以用来传递各种运动；LOGO积木，可以达成各种形状，实现多种功能。2、实训目标：【实训目标】 机器人往返运行环境是用两条黑色纸带建立的边界范围，两条纸带之间的距离约3m。背景为白色，并且保持光线良好，这样方便光线传感器判断边界。往返的实现如下：小车从一侧边界开始出发，直走。然后当到达另一侧的边界后，进行识别并做出后退的动作。如此这样，共循环五次，在五次后，机器人自动停止运动，结束。【初步分析】往返机器人必须具备下面一些主要的功能：（1）行走功能，导航机器人的行走系统可由LEGO一般电机经齿轮传动适当组合进行适当加速，驱动轮子。这过程需要两个电动机，用来给左右的两个轮胎提供动力，使其运动。（2）往返机器人必须可以自主往返五次，并在五次往返后自动停止，要经过光线传感器判断是否到达边界，并且要考虑小车的惯性给小车带来的越界现象，在回返的过程中还会碰到黑线，要避免这次碰线时的有效性。 三、方案选择和模型搭建 1、机器人的搭建。经过上面的分析，本次实训的任务和目标我们完全可以用触碰机器人小车加以改进得到。所以我们把光电传感器从新安放就得到了本次实训的机器人。2、光传感器的放置。光线传感器我们在小车前端的中间部位装上了个光传感器，以判断是否到达边界。3、往返机器人的最后外型俯视图正视图侧视图四、程序编制和程序说明 BriccCC软件是乐高机器人编程及烧写一体的软件，它可将编好的程序通过编译后灌输到组装好的机器人小车；运用该软件可方便快速的编写机器人控制软件。程序的实现过程，用了我们大多数的时间，因为这里面需要考虑到太多的因素，需要时时改动，知道适合场地光线环境。程序： 见附件1 往返机器人程序程序流程图：见附件2 导航机器人程序流程图程序说明： 程序总体上是利用循环结构和延迟控制来完成设计所需任务的。事件的定义和监控主要用来应对往返机器人在触碰边界时的动作任务。 五、运行结果和实训小结 运行中出现的问题及改进：问题一：我们期望小车的速度能够较快，所以运用了齿轮进行了加速，但是在实际运行的过程中，出现了这样的问题：当小车传感器感应到黑线，由于惯性原因，小车往前滑动了大约五厘米才执行后退的指令。这样不仅加长了距离，消耗了时间；并且在每次反方向运动的起始阶段都会由于齿轮的摩擦使得加速时间延长。所以，在这加入加速齿轮组反而会拖延时间。所以，加速齿轮组不适合短距离频繁变化运动方式的小车往返运动。问题的解决办法：我们去掉了加速齿轮组，轻装上阵，直接安上大轮。问题二：在运行过程中，小车很受环境的影响，小车的运行环境应保证比较明亮，因为光线传感器在检查边界的时候比较敏感，如果环境较暗，或者有人挡住光线，在小车运动的路线中投下影子，小车就可能会误判到达边界，从而做出反向运动的错误运动方式。问题的解决办法：我们建议老师同学避开光线，为小车的运行提供了一个很好的环境。问题三：在运行过程中，环境因素比如光线，地面光滑度。都要考虑，因此，我们的程序需要不断的调整延迟时间和光线传感器边界值。以适应小车运行的环境。同时，由于地面光滑，我们需要变换轮胎，尽量找抓地力好的轮胎。附件1 往返机器人程序#define THRESHOLD 40int itask main() i=1; SetSensor(SENSOR_1,SENSOR_LIGHT);do start forward_sensors; start back_sensors; i+; while (i=5);off(OUT_A+OUT_C);task forward_sensors() while (true) OnFwd(OUT_A+OUT_C); Wait(200); OnFwd(OUT_A+OUT_C); until (SENSOR_2 = THRESHOLD); stop forward_sensors; task back_sensors() while (true) OnRev(OUT_A+OUT_C); Wait(200); OnRev(OUT_A+OUT_C); until (SENSOR_2 = THRESHOLD); stop back_sensors; 附件2 导航机器人程序流程图检测边界开始Y前进；后退检测边界Y前进i=i+1i=1i=5YN刹车、制动结束 实训小结：经过八个星期的学习，我们迎来了创新实训课程的结课设计，创新实训课程即将结课。短短八个星期的学习，我感受到了巨大的提高。对于创新实训课程和乐高组件，我有太多的感受。通过此次创新实训结题实训，我们出色的完成了基于黑线网格的机器人导航任务。当然过程中我们遇到了很多的困难，不过在老师的帮助下我们最后还是成功了。本次实训我们还录制了视频剪辑，对大家在完成任务过程中遇到的困难做了详细的记录，对大家来说也是一个记忆和宝贵的经验。我们传统的教学方式与教材，都倾向与就一个给定的问题，告诉我们一个既定的答案，所以以前的我，思考问题总是照着一条思路走，特别是对于课本上的知识，都是老师讲什么我就接受什么。而现在，通过这个实训，通过乐高组件，给我提出了开放性的问题，可以让我用不同的方法达到同一项目标，这在很大的程度上锻炼了我的想象力、创造性和开放性思维。特别是在方案的选择和程序的编写上，那不断的改进，都让我不断的开阔了思维。我们的提高和学校开设这门课程是息息相关的，我们要特别感谢学校以及学院给我们这样一次机会，让我们得到了锻炼，让我们充分认识了创新能力的重要。 六、鸣谢 首先感谢徐爽老师对我组成员的悉心教导，在对机器人基本