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基于LEGO平台的智能解魔方机器人系统研究与实现

泰雅普积木式开源机器人

2018泰雅普积木式开源机器人 “室内导航挑战赛”竞赛规则/计分表 一、竞赛任务 比赛中,机器人从起点出发,完成倒车入库的任务后找到事先放置在圆形任务区的魔方,将魔方运送到正方形任务区的魔方放置点,之后小车回到到达区。 二、竞赛细则 1、比赛时间和计分方法 每个选手有两轮比赛机会,单轮比赛时间为2分钟。单轮的比赛分=完成任务的分数+时间加成分数。竞赛成绩统计时,取两轮的最好成绩为最终比赛成绩。 2、选手/队伍顺序 单轮比赛中,上一个选手开始比赛时,会通知下一个选手上场准备。在规定时间内(裁判通知后的1分钟内)没有准备好的机器人的队伍将丧失本轮比赛机会,但不影响另一轮的比赛。 3、赛前搭建与调试 参赛队伍机器人可预先搭建和编程,比赛前一天有2小时编程调试时间。每轮比赛开始前,机器人由裁判封存,参赛队员未经允许不得再接触机器人,否则将被取消参赛资格。 4、场地 比赛场地采用彩色写真布,有效尺寸1800mm*1100mm。 从场地上的起点区域出发,各个任务区之间无任何轨迹线引导。 下图是场地图形(该图仅供2017年泰雅普积木式机器人室内导航挑战赛示例参考用,实际场地以泰雅普官方提供或购买为准):

图1.竞赛场地示意图 5、机器人规格和材料标准 (1)尺寸:机器人在起点区的最大尺寸为25cm×20cm×15cm(长×宽×高),离开出发区后,机器人的机构可以自行伸展,但必需确保通过终点区时的尺寸不大于25cm×20cm×15cm(长×宽×高)。 (2)控制器:每台机器人只允许使用一个控制器 (3)电机:机器人使用的直流电机或舵机数量不超过4个(包含4个)。 (4)传感器:机器人禁止使用带危险性传感器,如激光类传感器。相同类型的传感器数量不超过3个(包含3个)。 (5)电源:每台机器人电源类型不限,但电源输出电压不能超过10V。 三、竞赛任务 1、竞赛任务设置 小学组和中学组任务相同。 2、竞赛中每轮比赛终止说明 (1)机器人到达终点区域,该轮比赛结束; (2)竞赛中机器人脱离场地约束区,该轮比赛结束;

单光感巡线教学设计

单光感巡线教学设计 乐清市淡溪镇第二学侯晓辉一、教学内容与分析 巡线就是机器人沿着地面的一条线走,基本原理就是通过检测反射回来的光的强度来判断机器人与线的位置偏差有多少。本课教学内容单光感寻线是巡线任务中最基础的方式,是光电传感器在机器人上的应用。通过光电传感器测试反射光强度来辨别颜色,在安装光电传感器之后,需要编写程序实现。 二、教学目标 1、了解光电传感器的工作原理。 2、掌握用光电传感器识别黑色和白色的方法。 3、理解巡线传感器与条件判断语句、循环语句的综合运用。 4、逐步掌握根据实际环境调试机器人的方法。 5、感受探究性学习“发现问题、分析问题和解决问题”的过程。 6、体会“迁移”、“比较”的方法对学习的帮助与促进作用。 7、乐于进行自主学习与创造活动,体验完成任务后成功的喜悦。 三、教学重难点 1、理解判断语句、循环语句的含义。 2、掌握利用光电传感器识别黑色和白色的方法。。 四、教学准备 乐高机器人(EV3),利用黑色胶布贴出的环形路线图,多媒体设备,多媒体课件。 五、设计理念 (一)“授人以渔”比“授人以鱼”更重要 在教学活动中,学生掌握一定的知识和技能是必需的,但与此同时更应注重掌握过程与方法,培养能力,促进学生的发展。知识与技能是基础,能力(过程)与方法是核心。本课在新知识和新技能的学习过程中,设计了感受探究学习的过程,体会迁移与比较的学习方法,基础与核心相互渗透与交融,但更关注教与学的过程,注重学生能力的培养。 (二)智能机器人课程是能力培养的工具和载体 智能机器人作为多种科学技术的融合体,天生就深受青少年的喜爱。青少年学生学习智能机器人课程,不应是学习如何使用一种智能机器人,不应是仅仅学习智能机器人技术本身,而是通过课程的学习培养动手能力、思维能力和创造能力。 (三)丰富有趣、注重体验的课堂更能提高学习效率、促进学生发展 心理学研究表明,多种方式和手段的刺激,能有效提高和强化同一内容的学习效率。本课在设计过程中,采用表演的形式,使用贴近学生生活实际的例子,课堂丰富有趣,学生感兴趣爱学。同时,智能机器人的课堂是“做中学”的模式,注重体验的过程,学生在课堂上有大量动手实践的机会,学生乐学。这样的课堂更能提高学习效率,促进学生发展。 六、教学过程

乐高机器人巡线原理

一、前言 在机器人竞赛中,“巡线”特指让机器人沿着场地中一条固定线路(通常是黑线)行进的任务。作为一项搭建和编程的基本功,巡线既可以是独立的常规赛比赛项目,也能成为其他比赛项目的重要技术支撑,在机器人比赛中具有重要地位。 二、光感中心与小车转向中心 以常见的双光感巡线为例,光感的感应中心是两个光感连线的中点,也就是黑线的中间位置。而小车的转向,是以其车轮连线的中心为圆心进行的。很明显,除非将光感放置于小车转向中心,否则机器人在巡线转弯的过程中,探测线路与做出反应之间将存在一定差距。而若将光感的探测中心与转向中心重合,将大幅提升搭建难度并降低车辆灵活性。因此,两个中心的不统一是实际存在的,车辆的转向带动光感的转动,同时又相互影响,造成机器人在巡线时对黑线的反应过快或者过慢,很多巡线失误由此产生。

所以在实际操作中,一般通过程序与结构的配合,在程序中加入一定的微调动作来弥补其中的误差。而精准的微调,需要根据比赛场地的实际情况进行反复调试。 三、车辆结构 巡线任务的核心是让机器人小车按照场地中画出的路线行进,因此,根据任务需要选择合适搭建方式是完成巡线任务的第一步。 1、前轮驱动 前轮驱动的小车一般由两个动力轮和一个万向轮构成,动力轮位于车头,通过左右轮胎反转或其中一个轮胎停转来实现转向,前者的转向中心位于两轮胎连线中点,后者转向中心位于停止不动的轮胎上。由于转向中心距离光感探测中心较近,可以实现快速转向,但由于机器人反应时间的限制,转向精度有限。 2、后轮驱动

后轮驱动的小车结构和转向中心与前轮驱动小车类似,由于转向中心靠后,相对于前轮驱动的小车而言,位于车尾的动力轮需要转动较大的幅度,才能使车头的光感转动同样角度。因此,后轮驱动的小车虽转向速度较慢,但精度高于前轮驱动小车。对于速度要求不高的比赛而言,一般采用后轮驱动的搭建方式。 3、菱形轮胎分布 菱形轮胎分布是指小车的两个动力轮位于小车中部,前后各有一个万向轮作为支撑。这样的结构在一定程度上可以视为前轮驱动和后轮驱动的结合产物,转向速度和精度都介于两者之间。这种结构的优势在于转向中心位于车身中部,转弯半径很小,甚至能以自身几何中心为圆心进行原地转向,适合适用于转90°弯或数格子行进等一些比较特殊的巡线线路。 这种结构最初应用于RCX机器人足球上,居中的动力源可以让参赛选手为机器人安装更多的固定和防护装置,以适应比赛中激烈的撞击,具有很好的稳定性。而对于NXT机器人而言,由于伺服电机的形状狭长不规律,将动力轮位于车身中部的做法将大幅提升搭建难度,并使车身重心偏高,降低转

EV3魔方程序下载方法

EV3魔方机器人软件下载方法 重要提示:软件下载前确认EV3的固件版本在1.04M以上!! 1.MindCub3r 软件包括三个主要部分: 1.项目文件: MindCub3r-Ed-v1p7.ev3 2.可执行程序: mc3solver-v1p7.rtf 3.应用程序:"MC3 solverv1p7" 2.1安装颜色传感器 RGB 块 1. ColorSensorRGB-v1.00.ev3b,到您的计算机。(请注意,此文件可能对 ColorSensorRGB v1.00.zip 下载过程中重命名。如果发生这种情况,文件重命名回ColorSensorRGB v1.00.ev3b) 2.启动乐高 EV3 软件并创建一个新的空项目。 3.选择工具菜单,然后模块导入向导. 4.在对话框中,选择浏览. 5.找到文件 ColorSensorRGB v1.00.ev3b 并打开它。

6.选择 ColorSensorRGB v1.00.ev3b ,然后选择导入. 7.若要完成安装,请关闭该对话框,并退出乐高 EV3 软件。 2.2 下载 MindCub3r 程序 1.启动乐高 EV3 软件,请选择文件菜单然后打开项目.

2.找到 MindCub3r Ed v1p7.ev3 文件并打开它。 3.下载MindCub3r 程序到 EV3 (但不要现在就运行)。 4.选择工具菜单,然后内存浏览器.

5.选择程序块查找和选择文件夹中的MindCub3r Ed v1p7,然后选择下载. 6.找到计算机上的 mc3solver v1p 7.rtf 并下载到 EV3。 7.再次从内存浏览器对话框中选择下载。

legao巡线机器人实验报告

电子科技大学 实验报告 学生姓名:涂冬冬等学号:280800300 指导教师:任玉琢 实验地点:科研楼A221 实验时间:2010年10月28日一、实验室名称: 机器人远程控制国际联合实验室 二、实验项目名称: Legao巡线机器人 三、实验原理: 机器人通过检测反射回来的光的强度来判断机器人与线的位置偏差。双光感巡线的逻辑运算直接判断两个光感的接收到的光的强度。如果左边的光感检测到黑,就左转(机器人位置右偏)。如果右边的光感检测到黑,就右转(机器人位置左偏)。如果2个光感都没检测到黑线,就直走(机器人位置合适)。 特别注意:小车速度过快,导致小车冲出线外,此时机器人也检测不到黑线。调节速度,避免出现此种情况。

四、实验目的: 1、熟悉lejos软件的操作 2、了解基于legao的巡线机器人的基本原理 3、初步掌握Java语言编程 五、实验内容 搭建巡线机器人平台 安装软件平台 编写巡线程序 六、实验器材 NXT1个,马达2个,光电传感器2个,电池6节,车轮、轴、销

若干 七、实验步骤 1.搭建巡线机器人 1)准备NXT 2)连接马达 3)固定马达 4)连接轮子 5)安装前轮 6)安装光电传感器 2.安装软件平台 1)安装Java 开发工具包JDK(Java Development Kit) 2)安装乐高USB 驱动程序 3)安装Lejos 4)安装Libusb,刷新NXT的Firmware 5)解压、运行Eclipse 3.程序调试 4.小车巡线 八、实验数据及结果分析:

九、实验结论: 1、通过本次实验、验证了Lego机器人,制作巡线机器人的可操作性;2,、在了解到各个部件及其功能特性组织的前提下,对车的组件进行拼装,得到一部性能稳定,可靠性高的巡线线小车; 3、所制作好的单传感器能在两条黑线与白线之间按迹行走; 十、总结及心得体会: 通过本次实验,加深了我们对巡线机器人的了解,更进一步的掌握了各部件之间的功能特性,让我们在更多的实验当中灵活利用各个部件以实现结构更加复杂,功能更加强大的机构或机器。在实验中要 注意各个部件之间的连接是否稳定,是否能完成既定项目的要求。

NXT魔方机器人-8527

NXT魔方机器人 一套LEGO Mindstorms NXT 1.0 (8527)即可组装。 基础内容 运行校正程序。 运行主程序。第一次你需要使用一个摆好的魔方,然后运行程序。程序将会计算一个零步骤的解决方案。如果不这样做,程序中止,仍然需要执行上面的步骤。 打乱魔方,让机器人自己摆好。 搭建说明 剪一张70 x 70 mm的薄纸板,剪出8 x 15 mm的圆角。 它它放到转盘上,保证魔方在一个平的表面上。这样当倾斜魔方时它就可以滑动自如了。 导线连接方式: 1 –触动传感器 2 –光电传感器或HiTechnic颜色传感器 3 –超声波传感器 A –转盘电机 B –倾斜臂电机 C –光电/颜色传感器电机 魔方

不幸的是,标准魔方上的黄色和白色被光电传感器检测到的数据是相同的。如果你没有颜色传感器,你就需要更换魔方上的一些颜色(替换全部白色或黄色)。 我用的魔方,我用深黄色替换下了本来的黄色,用浅蓝替换下了蓝色,用金色薄膜替换下了橙色,我也把魔方上印有图标的白色标签用一张平的白色标签替换。 当然你也可以使用其它颜色,只要保证光电传感器检测到的读数是可区分就可以。 使用colortest程序试验不同的颜色。使用cubetester程序检测魔方。 重要提示 光电/颜色传感器的位置非常关键,如果它距离魔方的表面太近,读数可能会不准,位置可以通过轻轻弯曲传感器臂来调整高度。最好把高度控制在:检测头距离魔方顶部大约3mm 的位置。 夹手的空隙不能太小,否则它会夹住魔方,失去原定的作用的。 如果你的魔方操作不灵活,你需要使用硅脂对它进行润滑。在润滑后,你需要用手向各个方向转几分钟。 在启动程序前保证转盘位置正确。 在启动程序前保证倾斜臂完全收回。 在机器人的上方不能有强光源。 校正 在你让机器人摆魔方前你需要校正它。校正程序校正扫描臂的位置,运行校正程序并读取NXT显示屏上的提示。当程序要求你把传感器放在魔方的中心时,你需要把传感器放到正确

人工智能的基本内容(教学设计新部编版)

教师学科教案[ 20 – 20 学年度第__学期] 任教学科:_____________ 任教年级:_____________ 任教老师:_____________ xx市实验学校

人工智能的基本内容 合肥市第一中学许燕【教学内容分析】 本课所学习的内容是广东教育出版社出版的《人工智能初步》信息技术(选修5)中的第1章第2节,主要任务是让学生了解人工智能的基本内容,激发学生对人工智能技术进一步探索求知的欲望。本节通过一个对魔方机器人实物的剖析,让学生通过与人类比的方式了解人工智能的基本内容,让学生感受到人工智能神奇魅力。为了更好的激发学生学习人工智能的兴趣,我又让学生分组探究科技教育机器人,亲身体验机器智能,并通过引导学生畅想,让学生对人工智能的学习更加憧憬。 【学生情况分析】 对于高二的学生,人工智能对他们来说并不陌生,不论是从影视作品中,还是科技展览中,他们多多少少都有一定的了解;而且在高一时候已经有了一些智能软件的体验,如:在线翻译、与网络机器人聊天。另外,我校每年都有机器人特长生,这部分学生在小学初中都参加过教育部或科协举办的电脑机器人大赛,并获得较优异的成绩,他们都是机器人社团的成员,起着带头引领的作用。而且通过前一段时间的学习,学生已经具备了一定的自学能力和信息表达能力,所以在教学中要尽量把舞台让给学生,让学生在自主学习中提升对人工智能的兴趣。 【教学目标】 【重点难点】 教学重点:人工智能的基本内容。 教学难点:如何激发学生学习人工智能的兴趣。 【教学策略设计】 1.教学方法设计 (1)为了便于捕捉学生面对问题时的真实想法,采用师生互动探讨式教学,引导学生分析问题、观察讨论、得出结论等。 (2)开展课堂实践活动,让学生参与到课堂教学中来,培养学生的团队合作和自主探究

(完整word版)机器人应用行业占比

随着工业机器人发展的深度和广度以及机器人智能水平的提高,工业机器人已在众多领域得到了应用。具体看来,中国则保持着35%的高增长率,远高于德国的9%、韩国的8%和日本的6%。其中,汽车、电子产品、冶金、化工塑料、橡胶等行业是中国使用机器人最多的几个行业,未来几年,随着行业的需要和劳动力成本的不断提高,中国机器人市场增长潜力会非常巨大。 1、汽车产业61% 在中国,60%的工业机器人应用于汽车制造业,其中50%以上为焊接机器人;在发达国家,汽车工业机器人占机器人总保有量的53%以上。据统计,世界各大汽车制造厂,年产每万辆汽车所拥有的机器人数量为10台以上。随着机器人技术的不断发展和日臻完善,工业机器人必将对汽车制造业的发展起到极大的促进作用。而中国正由制造大国向制造强国迈进,需要提升加工手段,提高产品质量,增加企业竞争力,这一切都预示机器人的发展前景巨大。 据统计,60%以上的工业机器人应用于汽车制造领域,主要应该在弧焊、点焊、装配、搬运、喷漆、检测、码垛、研磨抛光和激光加工等复杂作业。随着现代汽车工业的发展,对机器人的需求也会越来越大,机器人在汽车制造业中所起到的作用也会更加重要。 据预测我国正在进入汽车拥有率上升时期,在未来几年里,汽车仍将每年15%左右的速度增长。所以未来几年工业机器人的需求将会呈现出高速增长趋势,年增幅达到50%左右,工业机器人在我国汽车行业的应用将得到快速发展。 2、电子电气行业7% 电子类的IC、贴片元器件,工业机器人在这些领域的应用均较普遍。目前世界工业界装机最多的工业机器人是SCARA型四轴机器人。第二位的是串联关节型垂直6轴机器人。罗百辉指出,超过全球工业机器人装机量一半的这两种工业机器人是我们关注的重点。 在手机生产领域,视觉机器人,例如分拣装箱、撕膜系统、激光塑料焊接、高速四轴码垛机器人等适用于触摸屏检测、擦洗、贴膜等一系列流程的自动化系统的应用。 专区内机器人均由国内生产商根据电子生产行业需求所特制,小型化、简单化的特性实现了电子组装高精度、高效的生产,满足了电子组装加工设备日益精细化的需求,而自动化加工更是大大提升生产效益。 据有关数据表明,产品通过机器人抛光,成品率可从87%提高到93%,因此无论“机器手臂”还是更高端的机器人,投入使用后都会使生产效率大幅提高。

好奇解魔方机器人

好奇解魔方机器人 版本信息: 1.1 在1.0的基础上增加了自动颜色校正,优化了执行程序,增加模拟魔方变化配置 1、技术背景 看了网上的各种乐高的解魔方机器人,参照着做了,但是结果总是不尽如意,分析起来存在如下问题: 1.在进行魔方旋转时,没有通过软件或者硬件手段对旋转的角度进行校正。 如果采用分层复原算法,对于一般的魔方,大概有100多步,再转换成魔方机器人能够操作的步骤,大概有300多步,要完成300多步的准确操作,在没有人工干预的情况下,对于NXT控制的电机来说基本是不可能的。 至于其它求解魔方的更优算法,目前网上我还没有找到公开的资料,如果哪位大神,能够有更好的算法,希望不吝赐教。 2.在复原魔方时只是单纯的通过蓝牙驱动电机,关于蓝牙驱动电机的每个命 令,我都进行了测试,效果都不太理想,很难将电机控制到比较精确的位置。特别是在同时驱动两个电机协调运行的时候,我采用过定时器和和多线程的方式。但是都没有达到 MINDSTORMS控制电机的效果。这样的结果只会导致软件对硬件的依赖性强,系统的可重复性差。 3.在进行复原操作时没有图形模拟,对于300多步的操作,如果没有仿真模 拟,用户等了20多分钟,只是看着机器人对魔方翻来覆去的操作,感觉心里还真没有底,因为中间如果错了一步,则最终结果就完全不一样。 针对上面的问题,我们对David Gilday搭建MindCuber的解魔法的机器人进行了改进,并且开发了相应的软件,好奇解魔法机器人解决了如下问题: 1.在进行魔方的旋转操作时,通过机械的手段进行了位置矫正,使得魔方总 是能够精确地停留在0°、90°、180°、270°的位置。 2.操作魔方时,采用了两种方式,一种方式是通过蓝牙直接驱动,一种是通 过驱动NXT中的程序进行间接驱动。这两种方式用户可通过配置文件进行配置。建议的驱动方式是:驱动颜色传感器时通过蓝牙直接驱动,而驱

双光感机器人巡线

双光感机器人巡线 一、活动分析 1.活动需求:学生可以学习双光感机器人巡线原理,学习一些简单的拼搭技巧。了解 到小车运行时的特点。学会双光感机器人巡线的程序编写。 2.活动分析:本次活动在让学生学习使用乐高双光感机器人做巡线运动,写出简单的 程序流程,可以锻炼学生的逻辑思维能力。制作双光感机器人,锻炼学生动手能力。 3.学生情况:学生是4--5年级的学生共8人,一部分学生已经学习完成单光感机器 人巡线任务。一小部分学生还未完成以前的课程任务,需要继续努力完成,这类孩 子年龄较小无法很快的裂解老师所讲的内容,需要细心并耐心的去讲解知识。3个 学生进展较为迅速,已经提前进行之后的课程(四光感机器人巡线),这节课继续 完成该任务。 4.、活动目标 1.学生学会使用乐高零如何使用双光感机器人巡线、了解了解机器人巡线的方式以及 程序编写,并锻炼其动手能力与逻辑思维能力。 2.学生搭建出双光感机器人,分析指出双光感机器人巡线的运动方式并学会、可以写 出简单的运动流程并学会程序编写。 3.学生认识到乐高机器人的功能是十分强大的,觉得机器人课程简单而好玩,对学习 相关知识产生兴趣。 4.、活动重点、难点 1.重点:学生学会双光感机器人巡线的原理以及运动方式。 如何突出: 1.让学生仔细观察老师拿出的双光感机器人。 2.由老师说出该机器人巡线时需要注意的问题(黑线要在双光感之间)。 3.提出问题:对照单光感机器人巡线的方式去想为什么要注意这个问题。 4.由学生进行回答,老师总结出双光感机器人巡线的原理以及运动方式。 2.难点:学生如何理解双光感机器人巡线的原理以及运动方式,如何写出双光感机器 人巡线程序的简单流程。 如何突破: 1.学生听老师对双光感机器人巡线原理解说,以及运动方式的描述。 2.学生动脑思考为什么要依靠这种运动方式进行巡线。 3.学生说出自己思考的内容,老师进行纠正,学生自主完成程序流程图的简单编写。 4.、活动策略 本次活动主要采取的方式是讲授法与分析法。在老师讲授知识的同时对学生进行提问,让学生自己独立分析并对相应问题进行回答。锻炼了学生的分析能力,也可以更好的记住老师所讲的知识。 1.、活动用具

单光感巡线教学设计

单光感巡线教学设计 Company Document number:WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998

单光感巡线教学设计 乐清市淡溪镇第二学侯晓辉一、教学内容与分析 巡线就是机器人沿着地面的一条线走,基本原理就是通过检测反射回来的光的强度来判断机器人与线的位置偏差有多少。本课教学内容单光感寻线是巡线任务中最基础的方式,是光电传感器在机器人上的应用。通过光电传感器测试反射光强度来辨别颜色,在安装光电传感器之后,需要编写程序实现。 二、教学目标 1、了解光电传感器的工作原理。 2、掌握用光电传感器识别黑色和白色的方法。 3、理解巡线传感器与条件判断语句、循环语句的综合运用。 4、逐步掌握根据实际环境调试机器人的方法。 5、感受探究性学习“发现问题、分析问题和解决问题”的过程。 6、体会“迁移”、“比较”的方法对学习的帮助与促进作用。 7、乐于进行自主学习与创造活动,体验完成任务后成功的喜悦。 三、教学重难点 1、理解判断语句、循环语句的含义。 2、掌握利用光电传感器识别黑色和白色的方法。。 四、教学准备 乐高机器人(EV3),利用黑色胶布贴出的环形路线图,多媒体设备,多媒体课件。五、设计理念 (一)“授人以渔”比“授人以鱼”更重要

在教学活动中,学生掌握一定的知识和技能是必需的,但与此同时更应注重掌握过程与方法,培养能力,促进学生的发展。知识与技能是基础,能力(过程)与方法是核心。本课在新知识和新技能的学习过程中,设计了感受探究学习的过程,体会迁移与比较的学习方法,基础与核心相互渗透与交融,但更关注教与学的过程,注重学生能力的培养。 (二)智能机器人课程是能力培养的工具和载体 智能机器人作为多种科学技术的融合体,天生就深受青少年的喜爱。青少年学生学习智能机器人课程,不应是学习如何使用一种智能机器人,不应是仅仅学习智能机器人技术本身,而是通过课程的学习培养动手能力、思维能力和创造能力。 (三)丰富有趣、注重体验的课堂更能提高学习效率、促进学生发展 心理学研究表明,多种方式和手段的刺激,能有效提高和强化同一内容的学习效率。本课在设计过程中,采用表演的形式,使用贴近学生生活实际的例子,课堂丰富有趣,学生感兴趣爱学。同时,智能机器人的课堂是“做中学”的模式,注重体验的过程,学生在课堂上有大量动手实践的机会,学生乐学。这样的课堂更能提高学习效率,促进学生发展。 六、教学过程

解魔方机器人及魔方教学系统与方法与设计方案

本技术公开了一种解魔方机器人及魔方教学系统与方法。所述解魔方机器人包括第一机械臂机构、第二机械臂机构、转盘位置检测传感器、散热风扇、板卡、魔方限位转盘、摄像头安装机构、摄像头、补光灯、无线通信模块、魔方限位转盘电机、联轴器。所述系统包括云端服务器、智能手机和解魔方机器人;通过智能手机发送识别魔方色块的指令给解魔方机器人,解魔方机器人识别魔方色块数据并将其发送至智能手机;智能手机将魔方色块数据发送子云端服务器,云端服务器进行还原逻辑运算并转化为机械步骤通过智能手机发送至解魔方机器人,解魔方机器人完成解魔方的操作。本技术通过解魔方机器人的辅助初学者学习,提高初学者学习魔方的效率。 技术要求 1.一种解魔方机器人,其特征在于,包括第一机械臂机构(5)、第二机械臂机构(6)、转盘位置检测传感器(7)、散热风扇(8)、板卡(9)、魔方限位转盘(10)、摄像头安装机构(11)、摄像头(12)、补光灯(13)、无线通信模块(14)、魔方限位转盘 电机(15)、联轴器(16);

其中,魔方限位转盘(10)放置在底座上的中心处,板卡(9)设置在底座内魔方限位转盘(10)的正下方,魔方限位转盘电机(15)跟魔方限位转盘(10)通过联轴器(16)连接一起,板卡(9)控制魔方限位转盘电机(15)旋转,魔方限位转盘电机(15)带动魔方限位转盘(10)旋转,板卡(9)上连接有无线通信模块(14);底座内设置有散热风扇(8);魔方限位转盘(10)的一侧设置有第一机械臂结构(5),用于从下方将魔方(4)顶起一个角度;魔方限位转盘另一侧设置有第二机械臂结构(6),用于从魔方(4)一侧的上方将其向下压;转盘位置检测传感器(7)安装在第二机械臂结构(6)下方;第二机械臂结构(6)以及魔方限位转盘(10)之间安装有一个摄像头安装机构(11),摄像头安装机构(11)顶部向魔方限位转盘(10)正上方延伸出一部分用于安装摄像头(12)和补光灯(13),摄像头(12)用于拍摄魔方(4)各个面中的色块颜色的照片; 第一机械臂结构(5)末端为圆弧结构,使第一机械臂结构(5)顶起魔方时不卡住魔方色块之间的缝隙,第二机械臂结构(6)最上方和左右都有一块限位块,用于卡住魔方以及起到校正魔方的作用。 2.根据权利要求1所述的一种解魔方机器人,其特征在于,魔方限位转盘(10)用于带动魔方360度转动,魔方限位转盘(10)上设置有高5mm~15mm的限位转盘护栏,用于限制魔方(4)的位置。 3.根据权利要求1所述的一种解魔方机器人,其特征在于,第一机械臂结构(5)在魔方(4)一侧从下往上顶起魔方(4),第二机械臂结构(6)在另一侧从上往下下压魔方(4),然后第一机械臂返回原来的位置实现魔方(4)在第一机械臂结构和第二机械臂结构所在方向翻转90度;第二机械臂结构(6)具有纠正对齐魔方块和定位魔方(4)的作用,当第二机械臂结构(6)从上往下下压到一定位置时,可卡住魔方(4)的上面两层色块,此时魔方限位转盘(10)转动,实现只有底层的魔方块转动。 4.根据权利要求1所述的一种解魔方机器人,其特征在于,第二机械臂机构(6)和第一机械臂机构(5)不进行操作,只旋转魔方限位转盘(10)完成空转。

乐高机器人测验

乐高机器人测验

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全国青少年机器人技术等级考试测试试卷(一级) 分数:100 题数:45 总体情况 姓名 开始时间 结束时间 用时(分钟) 得分 得分率 是否通过 考试状态 JQR 2018-03-11 12:33:38 2018-03-11 12:33:44 0.08 *** *** *** 已提交 一、单选题(共30题,每题2分,共60分) 1. 如下图齿轮组所示,齿轮1的直径是20,转速为100rpm ,齿轮2的直径是40,齿轮3的直径是10,当齿轮1为主动轮时,齿轮3的转速为 A. 50 B. 100 C. 200 D. 150 2.下列说法正确的是

A. 只要是利用杠杆原理的,都是省力杠杆。 B. 千斤顶利用了杠杆原理,为了省力。 C. 推动带有四个轮子的货车是利用了杠杆原理。 D. 生活中无费力杠杆。 3.下列人物形象中,哪一个是机器人? A. B.

C. D. 4.当阻力作用线到支点作用线的距离大于动力点到支点的距离时,杠杆 A. 省力 B. 费力 C. 既不省力也不费力

D. 以上答案都不对 5.如下图中,动滑轮有()个。 A. 1 B. 2 C. 3 D. 0 6.木工师傅使用斧头作为工具,是利用()能省力的原理。 A. 滑轮 B. 轮轴 C. 斜面 D. 杠杆 7.在日常生活中,用10N的拉力不能提起重15N的物体的简单机械是 A. 一个定滑轮 B. 一个动滑轮

毕业设计开题报告 基于STM32单片机的魔方机器人设计

青岛理工大学毕业设计(论文)开题报告 题目名称:基于STM32单片机的魔方机器人的设计学院:机电学院 专业:电气工程及其自动化 学生姓名:XXX 学号:XXX 指导教师:XXX 职称:教授 2019年12月17日 毕业设计(论文)开题报告

二、研究内容 1.主要研究内容、目标及拟解决的关键问题 (1)研究内容 ①功能设计:魔方机器人通过STM32单片机控制8个舵机,独立完成魔方的抓取、转体、以及单个面的旋转等功能。通过颜色识别程序扫描魔方状态,实时传输给单片机,了解魔方复原过程,控制舵机进行对应的转动,从而复原魔方; ②机械结构设计:机械部分首先通过CAD软件画出机械抓手、支架等单个部件的雕刻图,使用雕刻机雕刻。材料选择亚克力有机玻璃作为主要材料。另外使用四组滑轨滑块用来控制机械臂的前进与后退,从而控制是否握持; ③硬件设计:硬件电路设计部分包括STM32配置电路部分、电源部分、舵机控制部分等; ④软件设计:软件部分包括STM32控制主程序、不同模块的子程序和各个模块的子程序等; ⑤设计完成后用AltiumDesigner10软件画出系统电路的原理图进行实物制作调试;系统测试:利用测试环境对设计的终端进行测试,统计测试结果改进监测终端。 (2)研究目标 设计出一款可以将任何混乱程度的三阶魔方还原的魔方机器人,相对于以往的魔方机器人,在多个方面做出优化设计,使得机器人在稳定性和复原魔方的快速性方面达到更好的效果,通过颜色识别程序扫描魔方状态,实时传输给单片机,了解魔方复原过程。通过STM32单片机控制8个舵机,独立的完成魔方的抓取、转体、以及单个面的旋转等功能。对于精度要求极高的机械部分,采用亚克力雕刻组装来完成。最终可以成功的复原任意打乱的魔方。 (3)拟解决的关键问题 ①使8个舵机的误差控制在5°以内,以及使机械部分精度达到标准; ②魔方复原方法的程序设计。 2.拟采取的研究方法、技术路线、实施方案及可行性分析 (1)研究方法 查阅相关文献,了解国内外魔方机器人的现状,确定研究方案。 (2)技术路线 查阅相关文献确定研究方向完成硬件电路设计 及元器件的选型 熟悉软件,完成 软件程序设计 进行实物设计 与制作 对设计的终端进行 测试

乐高机器人巡线原理

一、冃U 言 在机器人竞赛中,“巡线”特指让机器人沿着场地中一条固定线路(通常是黑线)行进的任务。作为一项搭建和编程的基本功,巡线既可以是独立的常规赛比赛项目,也能成为其他比赛项目的重要技术支撑,在机器人比赛中具有重要地位。 二、光感中心与小车转向中心 以常见的双光感巡线为例,光感的感应中心是两个光感连线的中点,也就是黑线的中间位置。而小车的转向,是以其车轮连线的中心为圆心进行的。很明显,除非将光感放置于小车转向中心,否则机器人在巡线转弯的过程中,探测线路与做出反应之间将存在一定差距。而若将光感的探测中心与转向中心重合,将大幅提升搭建难度并降低车辆灵活性。因此,两个中心的不统一是实际存在的,车辆的转向带动光感的转动,同时又相互影响,造成机器人在巡线时对黑线的反应过快或者过慢,很多巡线失误由此产生。 所以在实际操作中,一般通过程序与结构的配合,在程序中加入一定的微调动作来弥补其 中的误差。而精准的微调,需要根据比赛场地的实际情况进行反复调试。 三、车辆结构 巡线任务的核心是让机器人小车按照场地中画出的路线行进,因此,根据任务需要选择合适搭建方式是完成巡线任务的第一步。 1、前轮驱动 前轮驱动的小车一般由两个动力轮和一个万向轮构成,动力轮位于车头,通过左右轮胎反转或其中一个轮胎停转来实现转向,前者的转向中心位于两轮胎连线中点,后者转向中心位于停止不动的轮胎上。由于转向中心距离光感探测中心较近,可以实现快速转向,

但由于机器人反应时间的限制,转向精度有限。 2、后轮驱动 后轮驱动的小车结构和转向中心与前轮驱动小车类似,由于转向中心靠后,相对于前轮驱动的小车而言,位于车尾的动力轮需要转动较大的幅度,才能使车头的光感转动同样角度。因此,后轮驱动的小车虽转向速度较慢,但精度高于前轮驱动小车。对于速度要求不高的比赛而言,一般采用后轮驱动的搭建方式。 3、菱形轮胎分布 菱形轮胎分布是指小车的两个动力轮位于小车中部,前后各有一个万向轮作为支撑。这样的结构在一定程度上可以视为前轮驱动和后轮驱动的结合产物,转向速度和精度都介于两者之间。这种结构的优势在于转向中心位于车身中部,转弯半径很小,甚至能以自身几何中心为圆心进行原地转向,适合适用于转90°弯或数格子行进等一些比较特殊的巡线线路。 这种结构最初应用于RC灿器人足球上,居中的动力源可以让参赛选手为机器人安装更多的固定和防护装置,以适应比赛中激烈的撞击,具有很好的稳定性。而对于NXT机器人而言,由于伺服电机的形状狭长不规律,将动力轮位于车身中部的做法将大幅提升搭建难度,并使车身重心偏高,降低转弯灵活性。 4、四轮驱动 四轮驱动的小车四个轮胎都有动力,能较好地满足一些比赛中爬坡任务的需要。小车的转向中心靠近小车的几何中心,因此能进行原地转弯运动,具有较好的灵活性,特别适用于转90 °弯或数格子行进等任务一些比较特殊的巡线线路。虽然与后轮驱动小车相比,转向中心比较靠前,转向精度较小,但四轮驱动小车没有万向轮,转弯需要靠四个轮胎同时与地面摩擦,加大转弯的阻力,因而转弯精度应介于菱形轮胎分布的小车和后轮驱动小车之

乐高机器人考试

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全国青少年机器人技术等级考试测试试卷(一级) 分数:100 题数:45 总体情况 姓名 开始时间结束时间用时(分钟)得分得分率是否通过考试状态 JQR2018-03-11 12:33:382018-03-11 12:33:44 0.08 *** *** *** 已提交 一、单选题(共30题,每题2分,共60分) 1. 如下图齿轮组所示,齿轮1的直径是20,转速为100rpm,齿轮2的直径是40,齿轮3的直径是10,当齿轮1为主动轮时,齿轮3的转速为 A. 50 B. 100 C. 200 D. 150 2.下列说法正确的是 A. 只要是利用杠杆原理的,都是省力杠杆。 B. 千斤顶利用了杠杆原理,为了省力。

C. 推动带有四个轮子的货车是利用了杠杆原理。 D. 生活中无费力杠杆。 3.下列人物形象中,哪一个是机器人? A. B.

C. D. 4.当阻力作用线到支点作用线的距离大于动力点到支点的距离时,杠杆 A. 省力 B. 费力 C. 既不省力也不费力 D. 以上答案都不对 5.如下图中,动滑轮有()个。

A. 1 B. 2 C. 3 D. 0 6.木工师傅使用斧头作为工具,是利用()能省力的原理。 A. 滑轮 B. 轮轴 C. 斜面 D. 杠杆 7.在日常生活中,用10N的拉力不能提起重15N的物体的简单机械是 A. 一个定滑轮 B. 一个动滑轮 C. 杠杆 D. 斜面 8.机器人的英文单词是 A. botre B. boret C. robot D. rebot 9.关于轮轴的描述,下列说法正确的是

乐高机器人直线行走

乐高机器人直线行走Newly compiled on November 23, 2020

简单的差速驱动装置 双差速驱动装置 制动转向装置 转向装置 三轮装置 同步驱动装置 其它结构 简介 灵活的思维造就出了许许多多的机器人,运动使创造物获得了生命,带来无限的乐趣,同时也对自己的创造力进行了挑战。大多数运动机器人都属于轮子型与腿型机器人。虽然轮子在光滑的表面很有效,但是在凹凸不平的地面上运动,腿提供了更有力的方式。 本章将概述最常用的轮型机器人结构,讨论它们的优缺点。请记住,在下面章节中介绍的底盘结构是为了突出显示它们的传动系统和连接情况,因此,在实际搭建中还需对此结构加固。 简单的差动装置 如果你根据LEGO Constructopedia中的描述已搭建出了一些模型,或者整合了第五章介绍的一些测试结构,那么你对差速装置的结构已经熟悉了。机器人具有很多优点(尤其具有简单性),至少在乐高的可移动机器人中常用到此结构。 差动装置由机器人两边两个平行的驱动轮构成,单独提供动力,另外有一个或多个轮脚(万向轮)用于支撑重量并不是没有作用(图)。注意我们称这个装置为差动装置是因为机器人的运动矢量是由两个独立部件产生的(它与差速齿轮没有关系,此装置上没有使用差速齿轮)。 当两个驱动轮以相同方向、相同速度转动时,机器人作直线运动。如果两个轮子转动速度相同,但方向相反时,机器人会绕着连接两轮线段的中心点旋转。根据轮子不同的转向,表列出了机器人的不同运动状态。 图简单差动装置 表轮子不同的旋转方向产生不同的运动状态

组合不同方向和速度,机器人可以做任意半径的旋转。因为它的灵活性、及原地旋转的功能成为许多工程的教学器具。另外,由于它很容易实现,所以乐高有一半以上的运动机器人属于此结构。 假如你想跟踪机器人的位置,那差动装置又是比较好的选择,仅仅需要简单的数学知识。(我们将在本书以后的章节中讨论) 这种结构只有一种弊端:它不能保证机器人笔直的运动,因为两个马达的功效总有差别,一个轮子会比另外一个轮子转动的快一点,因此使得机器人略微偏左或偏右。在某些应用中这中情况不会有问题,可以通过编程来避免,比如使机器人沿线走或在迷宫中寻找路线行走,但是让机器人在空地上走直线恐怕不行。 直线运动 使用简单差动装置有许多方法可以保持直线行走,最简便的方式是选择两个速度相近的马达。如果你有两个以上的马达,尽量找两个速度最匹配的马达,这种方式也不能确保机器人走直线,但至少能减小走偏的情况。 另一种简单的方法是通过软件调整速度。在第3章介绍过程序能控制每个马达的速度,在程序中选择最有效的能量等级直到合适为止,这种方法的问题在于机器人负载发生变化,两马达速度需重新调整。 使用传感器让机器人直线运动 让机器人直线运动的一种更有效果的方法是在系统中加入反馈装置。从而,根据外界的变化,使用传感器来控制和调整每一个马达的速度,这也是现实生活中大多数差动装置所具有的的结构。可以为每一个驱动轮附加计转器(测量轮子旋转次数)装置,以便在软件中控制马达功补偿两轮间的转速差。乐高角度传感器在此应用中可以作为首选。在每一个轮子上安装一个角度传感器并测量计数的差别,然后停止或降低较快的轮子以保持两个传感器的计数相同。同时还可以使用在第四章中介绍的方法。使用同样的传感器来探测障碍物,如果马达启动但轮子不转,可推断机器人被某物卡住了。另外你也可使用角度传感器实现精确角度定位。最后,角度传感器提供了最基本功能:使用odometry技术让机器人计算出自己的位置,对此我们在13章中作详细介绍。 使用齿轮让机器人直线运动 如果你只有一个角度传感器,可以使用驱动轮之间的速度差取代轮子的实际转速,回忆第四章中差速齿轮,你能使用它加或减。如果差动齿轮与驱动齿轮连在一起,它会把传动方式传递给另一个齿轮。当轮子以同速转动时差动齿轮将停止转动。 假如两轮的速度有任何的差别,差动齿轮的转动和它的方向将告知你哪一个轮子转速快。如图所示的结构,即使你没有角度传感器,也建议你搭建这种结构,因为此结构具有指导作用。我们省略了马达和其

乐高机器人课件

第二课认识乐高蓝牙机器人系统____NXT 授课时间参加教师 活动目的: 1、认识NXT主要配件,并将其与RCX核心配件作比较,学习和掌握新型乐高机器人; 2、搭建蓝牙机器人; 3、知道NXT控制器各按钮的作用,初步学会在NXT是编写简单程序,理解传感器的功能 活动过程: 一、乐高机器人——MINDSTORMS NXT与RCX的比较 1、处理器由8位升到32位 丹麦乐高(LEGO)将于2006年9月上旬推出乐高公司和美国麻省理工学院共同开发的机器人组件新款“教育用LEGO Mindstorms NXT”。Mindstorms是将配备微处理器的LEGO公司的塑料积木组装起来,通过个人电脑制作的程序来控制的机器人。此前的RCX的微处理器为8位,而NXT 配备32位处理器等,提高了性能。表格1列出RCX和NXT的比较。 图1:安装4个传感器和3个伺服马达的LEGO NXT

图4:LEGO NXT系统目前提供的4种传感器全家福 5、改进了编程软件 NXT程序用软件“ROBOLAB ver.2.9”,跟ROBOLAB原来的版本一样,是基于NI LabVIE W开发的。该软件不仅可以制作NXT用的程序,也可以完成RCX用的程序。此前要操作接近400个图标进行编程,这次减少为约40个,从而使得编程更为简单。OS为“Windows2000”以上和“M ac OS X”。 图5:乐高网站给出的ROBOLAB 2.9的样图,跟以前版本相比,变化较大 二、快速认识NXT 1、按钮 NXT正面有四个按钮,它们分别是开关、运行;导航和返回。 2、NXT显示器上各图标的意义 最上一行,相当于状态栏,从左到右依次表示了:蓝牙、USB、NXT控制器名、运行状态、电 池电量以及声音音量的情况。

乐高机器人巡线原理

一、前言 在机器人竞赛中,巡线”特指让机器人沿着场地中一条固定线路 (通常是黑线)行进的任务。作为一项搭建和编程的基本功,巡线既可以是独立的常规赛比赛项目,也能成为其他比赛项目的重要技术支撑,在机器人比赛中具有重要地位。 二、光感中心与小车转向中心 以常见的双光感巡线为例,光感的感应中心是两个光感连线的中点,也就是黑线的中间位置。而小车的转向,是以其车轮连线的中心为圆心进行的。很明显,除非将光感放置于小车转向中心,否则机器人在巡线转弯的过程中,探测线路与做出反应之间将存在一定差距。而若将光感的探测中心与转向中心重合,将大幅提升搭建难度并降低车辆灵活性。因此,两个中心的不统一是实际存在的,车辆的转向带动光感的转动,同时又相互影响,造成机器人在巡线时对黑线的反应过快或者过慢,很多巡线失误由此产生。 所以在实际操作中,一般通过程序与结构的配合,在程序中加入一定的微调动作来弥补其中的误差。而精准的微调,需要根据比赛场地的实际情况进行反复调试。 三、车辆结构 巡线任务的核心是让机器人小车按照场地中画出的路线行进,因此,根据任务需要选择合适搭建方式是完成巡线任务的第一步。 1、前轮驱动

前轮驱动的小车一般由两个动力轮和一个万向轮构成,动力轮位于车头,通过左右轮胎反转或其中一个轮胎停转来实现转向,前者的转向中心位于两轮胎连线中点,后者转向中心位于停止不动的轮胎上。由于转向中心距离光感探测中心较近,可以实现快速转向,但由于机器人反应时间的限制,转向精度有限。 2、后轮驱动 后轮驱动的小车结构和转向中心与前轮驱动小车类似,由于转向 中心靠后,相对于前轮驱动的小车而言,位于车尾的动力轮需要转动较大的幅度,才能使车头的光感转动同样角度。因此,后轮驱动的小车虽转向速度较慢,但精度高于前轮驱动小车。对于速度要求不高的比赛而言,一般米用后轮驱动的搭建方式。 3、菱形轮胎分布 菱形轮胎分布是指小车的两个动力轮位于小车中部,前后各有一个万向轮作为支撑。这样的结构在一定程度上可以视为前轮驱动和后轮驱动的结合产物,转向速度和精度都介于两者之间。这种结构的优势在于转向中心位于车身中部,转弯半径很小,甚至能以自身几何中心为圆心进行原地转向,适合适用于转90 °弯或数格子行进等一些比较特殊的巡线线路。 这种结构最初应用于RCX机器人足球上,居中的动力源可以让参赛选手为机器人安装更多的固定和防护装置,以适应比赛中激烈的撞击,具有很好的稳定性。而对于NXT机器人而言,由于伺服电机的形状狭

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