FLL机器人世锦赛参加装备

1、FLL标志编辑FLLIf 心笳 科rKlW*研究项目两个部分组成。FLL要挑战项目公布后他们将在接下来的时间使用乐高机器人技术组件和软件加传感器、马达、齿轮、各种乐高技术积 木件等来制作全智能机器人参加比赛！他们也需要在网上查找资料、向科学家请教、查阅图书馆资料，完成一份 求的调查报告。报告的内容通常是与当今世界面临的问题紧密相联。FLL机器人世锦赛参加装备编辑RCX用 户NXT用户数量电子部件数量电子部件RCX空制器1NXT空制器1马达3马达3触动传感器2触动传感器2光电传感器2光电传感器2灯1灯1角度传感器3角度传感器（含电机内部的角度传感器）3第三个触动或光电传感器1超声波传感器1颜色传

2、感器1FLL机器人世锦赛核心理念编辑我们是一个团队。我们在教练和辅导员的指导下，自己努力地去寻找问题的解决方案。我们的宗旨是友谊第一，竞赛第二 。我们更重视比赛过程中的收获。我们乐意分享我们的经验和成果。我们做每件事都要体现高尚的职业修养。我们很快乐。FLL机器人世锦赛影响编辑从比赛开展以来，FIRST已经对学生和学校产生了积极的影响，FIRST仓収台人Dean Kamen说，我们需要给孩 子们展示设计游戏比玩游戏更有趣”参加FLL比赛，孩子们发现了他们自己职业发展方向，并且学会了如何去为社会作 出积极的贡献。” 1(年是FLL比赛的第11个年头，迎来了规模最大的赛季，全世界有超过90000名

3、孩子参与了选拔赛和冠军锦标赛。到2006年为止，有42个国家的孩子参与到FLL比赛中，有澳大利亚、奥地利、巴林、比利时、巴西、加拿大、 智利、中国、丹麦、埃及、法罗群岛、芬兰、法国、德国、格陵兰岛、匈牙利、冰岛、印度、以色列、日本、约旦、立 陶宛、卢森堡公国、墨西哥、荷兰、新西兰、尼日利亚、挪威、巴勒斯坦、秘鲁、葡萄牙、沙特阿拉伯、新加坡、南非、 韩国、西班牙、瑞士、瑞典、土耳其、阿拉伯联合酋长国、英国、美国。FLL机器人世锦赛历届主题编辑2013爱晚行动请铭记在心：你热爱老人，你也会成为老人。爱晚行动”挑战赛涉及到直接或间接、当前或未来影响到每一个人的观念。老人们想独立，在他们希望的时间、以

4、他们希望的方式做他们想做的事；他们想有为，感觉被需要，有成就感， 有乐趣；他们想不孤独，与家人和朋友保持有意义的联系。老人有来自他们毕生的经验的智慧和想法，问题是越老生活就越困难。体能、速度、灵活性关爱老人场地和记忆会丧失，听力、视力和其它官能会下降，这是难以避免的。健康问题悄悄而至，挚爱的人逝去。我们能用 新技术做点什么？在爱晚行动”的机器人比赛中，你和你的机器人将涉及一些关于独立、有为、不孤独的挑战和活动。有些事并不 需要老人亲历亲为，但有的事做起来很难，有的事较容易。注意那些事难在哪里，设计你的机器人来做这些事，设想一 下你能为你热爱的老人或将来的你自己进行什么创新的技术设计，使生活变得

5、更容易。老龄社会问题有些是在我们不经意的情况下发生的，有些则是人为的。近年来频发的老年人安全事件应该引起我 们对老龄化问题的足够重视了！2012食品安全2011年食品因素的挑战，来自55个国家将探讨这一主题的食品安全，并检查其可能的污染我们的食物接触点 一一 从暴露，未经消毒的昆虫和生物处理和运输，不卫生的制备与贮存，然后找到一个方法来防止这些污染或战斗。在食品因素 的挑战，团队将构建、测试和程序自治的机器人，希望用乐高NXT解决提了一套任务以及食品安全研究，开发，并分享他们 的创新的食品安全解决方案。在他们的体验里，团队将下运作的冲击的签名的核心价值观。2011生命科技(body forwa

6、rd )生物医学工程是利用多类工程学科，以医生和医院更好的救助病人。其中包含 了化学、机械、电器等领域，以及其他形式的工程，甚至艺术，回合着传统生物与医疗科学，推进医疗服务。智能交通2010智能交通(smart move )交通工具跟你每天的生活都息息相关。比如去一个地方玩耍，学习，走亲访友等。我们想要的东西，穿的衣服，我们吃的食物，我们喝的水，需要的药品，所有这些东西，我们必须依靠公路，小径，铁 路，河流，海洋，高山和沙漠这些交通要道来实现。来自专家，教师，朋友，家庭的信息，也是通过我们的嘴巴，电话， 课本以及网络传播开来的。2009气候影响：研究气候对你的社区是如何影响的，确认在你的社区里

7、跟气候相关的一个问题，分析与这个问 题相关的数据并寻找你的社区针对这个问题是如何去做的，寻找与你社区有同样问题的另外一个社区并确认他们是如何 解决的。2008破解能源：我们如何解决能源问题，房屋供暖、汽车燃油、手机供电、电脑供电，甚至用iPod下载音乐我们如何利用能源改进我们全球的环境、经济和生活？我们可以使用哪些资源，为什么？例如能源的产品和消耗影响着 行星和我们今天、明天和未来的生活。2007纳米科技：通过一部超强的自动显微镜，我们进入陌生的原子世界，我们如同幻想家和科学家一样，在纳 米世界里，开始探索医学、计算机等各领域的新技术。2006海洋奥德赛：探索地球最宝贵的资源-神秘的海洋，占地

8、球总面积3/4的海洋，对地球上的所有生命教是至 关重要的，但是它又是那么脆弱，污染，不合理开发等给它带来无法想象的伤害。现在，它需要我们的帮助。2005无限关爱：帮助社会上需要帮助的人，考虑他们的特殊需要，为他们研究和提供机器人技术解决方法，使 他们在日常生活中能像平常人一样活动和完成某些任务。2004火星探险：想象我们踏上火星，探索这个红色星球的景象。通过开启令人着迷的火星世界，团队经历了科 学家和太空工程师才会面临地相似的挑战。2002城市风光：探索城市规划者所面临的挑战。这些挑战包括提供一些基础性的服务，如水质清洁、城市安全 系统、教育、可承受的能量和城市居民的聚居地。2001北极印象：

9、到遥远的北极去旅行，研究全球气候变化和全球变暖对人类的潜在影响。2000火山恐慌：科学地搜集数据，精确预报火山爆发的时间和性质，帮助人们把火山爆发带来的损失降至最小。 1999第一次接触：调查一个被不明飞行物撞击破坏的国际空间站。1998引领未来3FLL基础入门一一FLL2015 无界课堂1字体：大中小日期：2015-07-23来源：作者:ILdHlE.HET首先，需要一辆小车！自己设计小车噢！先看看 FLL 的比赛场地，了解场地上的各种模型，模型所在的位置特点， 模型之间的间隔距离，然后得出以下几个参数：一、小车的各种参数：1、小车的长、宽、高根据 FLL 竞赛场地的特点，观察小车经过的路径

10、，初步分析小车的长、宽、高，把分析的数据写出来。2、轮胎是重点轮胎太宽，走直线比较平稳，但拐弯性能较差，反之轮胎较窄，拐弯性能好，但直线不稳。3、主动轮主动轮安装位置有三种：前面、中间、后面，从动轮位置和主动轮相反，如果主动轮安装在中间，则要考虑前、后都安 装从动轮以保持车体平衡。4、从动轮从动轮要能提供较好的转向性能，通常从动轮不装轮胎皮以减小摩擦阻力。从动轮如果是用单一的万向轮，则车体的拐 弯角度准确度较难控制，用两个轮子做从动轮可以较好的达到要求。也有用摩擦纽扣来替代从动轮。4、机械臂的马达最简单的一种方案就是安装在主机的两边，当然也可以安装在中间，有装在主机的下面，也有装在主机的上面。

11、5、传感器的安装陀螺仪传感器、颜色传感器、超声波传感器，根据前期场地分析，初步设计其安装位置。二、动手做做看：1、原则：做为新手入门，小车的设计不要求高大上，简单就好。2、实例：FLL基础入门一一FLL2015 无界课堂4来源：作者:字体：大中小日期：2015-07-23任务三：利用搜索引擎难度系数：一、任务说明：1、 机器人使搜索引擎模型上的蓝色滑板向东，使带三个色块的转轮至少转动一下。2、 如果在白色框架中出现某个完整的色块，机器人只让与该色相配的圆环不再与 引擎模型接触。二、结构设计设计档板和勾子，档板的高度控制，勾子的精确定位。三、程序设计1、难点：准确的勾住圆环2、小车前进、拐直角弯

12、。四、数据记录：1、策略物工具的设计方法： show/id XOTM2MjMwNDAw.html?from=y1.7-22、垂直升降齿轮齿条应用zpHsa ioFLL基础入门 FLL2015 无界课堂5来源：作者:字体：大中小日期：2015-07-23任务三：云端访问（限定方法）难度系数：一、任务说明：机器人把正确的“钥匙"插入云端模型，使 SD卡竖起。二、结构设计设计钥匙的结构，钥匙结构的定位方法，推动和转动的方法。三、程序设计小车前进、平行移动。四、数据记录：1、策略物工具的设计方法。FLL基础入门 FLL2015 无界课堂6来源：作者:字体：大中小日期：2015-07-23任务

13、三：社区学习和远程交流学习难度系数：一、任务说明：1、社区学习：机器人拔起社区模型上表示知识与技 能的圆环，使之不再与社区模型接触。2、远程交流学习： 这是一个合作任务。两队的机器人 拉自己场地上的 相机模型的滑板向西 运动，显示器的屏幕抬起，两队均得分。由于两队不一定合 作，完成这个任务不要求形成得分状态，裁判员只要看到某一队的机器人确实把 相机模型的滑板向西拉且显示器模型上本队一侧的黑色支撑杆不再起支撑作用， 该队就可以得分。二、结构设计两个任务的策略物工具比较简单,如图所示。三、程序设计”，所以在远程任务的完成过本任务的难点就在于远程定位问题，通过实验可以得出结论一一误差是不可避免的!

14、程中，要利用各种方法来定位，从而完成任务。方法1 :碰撞定位，碰撞墙壁，碰撞场地上的模型。方法2:场地上的颜色定位线，比如绿色线，黑色线，可较好的提供定位功能。四、数据记录:FLL 基础入门 FLL2015 无界课堂 7 日期： 2015-07-23来源： 作者： 字体： 大 中 小一、任务四：本任务是一个组合任务，由三个主任务和两个附加任务组成。难度系数：二、任务说明：一）主任务 3 个：（9）运动： 机器人完全在射门线东 / 北面射门 （10）反求工程：篮子在基地里（5） 利用正确的观念： 推动滑板，释放的圆环不接触观念模型二）附加任务 2 个：（11 ）适应变化的状态： 模型逆时针转 9

15、0°14 ）约见： 机器人推黄色部件三、 结构设计思路：先设计完成主任务的所需要的结构策略物， 等主任务可以完成时，考 虑小车经过的路径是否可以执行附加任务， 根据附加任务的要求， 在原结构基础上添加新的 部件，完成附加任务。四、程序设计：（ 一）第二出发点 本组合任务的难点在于远程定位问题，所以在程序设计的过程中，要利用各种方法来定位。由于路径较长，可以进 行分段设计，设计第二出发点。比如，在本组合任务执行过程中，机器人完成射球任务，后退靠墙，作为下一个任务的 出发点。（二）程序编写格式和规范要求：（1 ）程序最前面要标注：功能说明，第几次修改，修改时间，修改人姓名。（2）图标模块

16、注释，对程序中图标和预设参数做说明，方便阅读和修改。（3）程序修改过程中，每次都拷贝一份原程序，放在程序的下方，然后在新拷贝的程序中进行修改，这样如果有问题，可以恢复到最近的一次原程序中。每一次的拷贝，加标注和说明，（1） （2） （3）（4 ）参考格式如下所示：创：.耳和册："：:匕帧氧工丹乂“114： ! i* 曙：at LU 即W-尹科伸曜¥l#4Ht：3.W 粧他如沁Lj J.tlU .It fit*<< Mmtgq 对如啊 1A * hr富hl*阡眄 i _nmk吋I】*ir-iiT-.-T-*. -1- "-II* 屮Th I 1 vfli

17、lL.i-l « -li3>.i1ai 8I硕MR紹2 0 H _,.® I 11 '' /j豐建/ 毋,* -.bi' ：iLk_L|J q 卄4等庁詞臣宦舉旺上jR£忖闿处钟广利肪迓 彳舄兰帼*上总谆：曽 尅脚缈了*155前札0下IUJ mSIH ET五、参考视频：（一）第二出发点的任务测试视频:FLL 基础入门 FLL2015 无界课堂 8dxlwf 日期： 2015-07-23 来源： 作者： 字体： 大 中 小一、任务： PID 控制器原理入门难度系数：二、任务说明：在 FLL 竞赛中有很多地方要让小车走黑线或绿 线，普通的

18、巡线方案效果不是很理想。于是，有些队 伍使用 PID 控制器来巡线，但对其原理并不是很清楚。 对此，在研究学习了中文乐高论坛糖伯虎团队翻译的 文章用于乐高机器人的 PID 控制器后，本文尝试 再进一步简化，用图示方法来分析 PID 控制器，希望 让更多使用 PID 控制器的指导老师和学生能理解其原 理，并掌握调试的方法。三、原理分析：（一） P控制器一一比例模块。这是 PID 控制器最简单的一个模块，此模块就 可以让机器人在拐弯幅度不大的黑线或绿线上快速的 巡走。zpM2010.b*S翩n说明这是一个用简单的图示来介绍一种变速度的巡线方案，本 方案设计冃的主要用丁小学高年级学生和初屮学生学习。

19、本方案主要是对单光感走黑线的实例进行分析，尝试推导 岀“变速度走黑线"方案，并建立相关数学模型，编程实 现。变速度巡线方案原理主要引用了“中文乐高论坛”糖伯虎翻 译的一篇文章肆用丁乐高机器人的PID控制器"中的P控制 器方案的内容，稍有变化。本人水平有限，如有错误，请大家指正。一S光电传感器检测数值表光30光39畑=48先9=47±S=46)t®=45*aB=43it®-42 光z,*®=40Zpnu9JiU.DIU| iwmviIi二.单光感走黑线示意图四、变速度巡线(-)速度分解一水平方向和垂直方向。 固定速度1变速度40速度大小

20、:(-)垂直速度的控制参数光电检测值。V垂貢V水平光感预设血亘为25（二）建立关系（1）“光电龙值"：0的引入，容易建立转换关系。I turns NET-aM 鼻来$数1ft反（三）建立关系（2） “倍数"：利用乘法，建立关系，实现转换牛吃cgbkjj?硬斂】（四）建立模型，得出公式：V”=（光电值45） X5（四）建立模型，得岀公式：V”=（光电值45） X5S5的含义：倍数.比例系数。fr，k-（光电值45）（五）比率：V竝如果设为30,则倍数，比例系数K=6zpht2010Qc腕飆v>（五）变速度巡线程序实现: Centre=(black+white)/2Bla

21、ck:检测到的最大黑色值White:检测到的报大白色值Centre:白色和黑色和中间值zpht2D10.bkWin（ii）变速度巡线程序实现: Vc=Li-centre） X K 口;光电检测值 centre：白和黑迩的屮间伯 K：倍数.X称“比例系数” VC：气达垂直遽度V=Vs+Vcv；吗达速度VS：吗达水平速度 VC；马达垂霞速度（五）变速度巡线程序实现:速度的合城欄近似那尊法理论；鉴萨J踪平2W垂/实际；V合成水平+V砌zphtsoi cyato礙噩d参考程序（EV3编程环境）：1、PID巡线之P模块程序：FTD邂鯉块烹迷度比例遛蛭£ WzphtatJIO.blDTm2、FL

22、L2015无界课堂走绿色线程序:绿色走线程痒By ht. laoHnmnaJMEi（二） I控制器和D控制器一一积分模块与微分模块比例模块可以让机器人在拐弯幅度不大的黑线或绿线上巡走，如果拐弯幅度较大，此时可以考虑引入ID控制器模块。/ L 静态偏差与积分模块控制小乍在转向线上而进CMXXV(-)变速度模型的理想情况(1) 在变速度巡线中，小车的垂直速度受光电检测值的控 制而变化。(2) 随着小车靠近转向线，垂直速度会逐渐变小，由于惯 性存在，小车会越过转向线，但小车的垂直速度会反向， 并再次靠近转向线。(3) 理想状态下，经过几次在转向线附近的摆动后，小车 晟终应该在保持在转向线上前进，此时

23、，小车的垂直速度 为0。(4) 如下图所示:（二）变速度模型的实际效果1>由丁各种干扰因靈的存在，小车圮在转向线附近摆动，无法持固定在转向线上前进。2、干it丙索举例：（0由于慣性的存在，物体的运动状态转变震要一定的时问。运动中的 小车在垂直方向上的运动位置很难谒整到转向线上，无法停止在转向 线上。（交通红绿灯中的黄灯没计的原闪就是于此。）（2）采样时问：光电传感器检测的上一次桂测值別下一次检测值之间的 问雇称为采样时间。由于采样时伺的存在，当小车在转向线上，主机 耒不及檯测并计算出垂直滚度，小丰已越过转右线刊另 边，并远茶 转向线，如下图所示。（三）动态偏差、静态偏差K光电传惑器在小车

24、运线的过杈中，检测到的光电侥与中问值的屋債， 休为傕義，用error表示o2、小车在逼线酋进的过程中，这个差傻“ror旻戌时在芟化的，称为劭态 储差。3、小车在转代线两侧稳定的摆动前进、此时的光电检漕值与中何價始终 存在护差債，不为0,这林假蓋称为“残齐先“静态僞卅"、这种稳4、在芟滦度進线樸型中，从小列大逐渐氏芟比例系数，得菊等幅振荡的 过渡过程、此时的比例系敎称为蛀f比例系歎KU、与此同时、在相邻 两个液峰何f柑网住JL"相円的邀助方”的时问何腕，你为临弓报荡冊 期丁5如上臣中：TU= t341（四）静态偏差的消除仁对垂直速度的计算进行修正、补充，加入积分模块=光电斧值

25、X«»Kp比例模块銀自课度枳分变鈕X枳分系«ki|积分模块2s 枳分变integral ；(四)静态偏差的消除3、枳分变蹈的值：(1) 枳分变S8-个不斷耙原来的値和新 的光电弟値相加，再把结果更新存储起 来的变鱸.如右表所示：(2) 般情况下，枳分变绘的伯険君光电 盖値error的正.负变化会不斷地在Gffi 附近上下变动.(3) 如果小车长时间在转向统的一侧时， errortfjffi会始终保持大于0或小于0, 并且值会鏡来越大.解决方法： 每次当error为0时'ft integral也更舌 为0.每次做1»法时，先蒋integral集上一

26、个 小于1的数.如2/3Integral 上一庆errorIntegral 寺瞬00003333662443111222441333002223-111-223112333002-2-21二1 一彳zpht2O1O.六、提前预测与微分模块（-）现象：小车的水平速度太快，或者遇到曲线弯曲度太大，来 不及改变方向，丁是就冲了出去，巡线失败。（二解决办法：K降低速度。（非首选）2、使用微分模块，预测未来，提早进行转向。zphtSOH（三）提前预测与微分模块2.举例：天气羡报（O外天下朿、4天下朿.凹天臭下氏吗？（2）酢天太阳，令天太阳，刖夭屍丈阳吗？（3）咋天下疋、争天丸阳,昭天昱什么？对过去和当厠

27、状态的分析和总结形成对未来状态的设想3. 逼线小车的下一个位竟曼弯由績况是什么?0）溟垄的芟化趙粉谋差差值（2）狐:则下一个渓差的可能情彫:渓刘Mfty （当餉決艺-相个氓»>（下个谋差（当能躍）+1zpht2010.（三）提前预测与微分模块比例段块Imbue |=|3、对垂自速度的计算进行提前预测，加入微分模块。+ gdJxL 必肿 d冷分&块-m4、微分变最derivative :derivative当前误垫前-个妙;七、比例系数kp、积分系数ki、微分系数kd1、运行机器人，观察运行状态。如果它不能巡线，从线上脱离开，就提 高Kp值；如果它剧烈摆动，就降低Kp值。

28、调整Kp值，直到机器人能 够疝线，井且没有明显的摆动为止。我们称这时苗Kp值为“Kc”（在PID文献中，被称为临界值）2、使用Kc值作为Kp,运行机器人，试看找出机器人运行时的“扳荡周 期”是多少。这个测试不需要非常准确。振荡周期（Pc）是指机器人从 线的一厠开始，摆动到另一侧，再回到开始点的时间长短。对于典型 的乐高机器人来说，Pc大约長在0.5秒到1或2秒之间。3、你还需要知道，机器人控制系统的循环周期是多少。我将循环设走为 一个画定的次数（如10,000），测量机器人完成全部循环次数的总时间（从开始到结束的时闫，或机器人显示出结果的时间），每个循环的 周期是测量时问除以ft环次数。对于一个完整的PID控制器来说，使 用NXT-Cg程（在程序审不要使用发声、显示等模块，这些模块的使 用会占用程序运行时间，影响测试结果）,dT值应该在每个馆环0.015 秒到（）.020秒之间。cum1zpht2O1O.b：lJfem七、比例系数kp、积分系数ki、微分系数kd4、Kc为3,当Kp-Kc时，机器人的摆动周期大约为0.8秒，因 此Pc为0.8。我测量Pc的方法是，每当机器人摆动到一个特 定的方向