機(jī)器人普及賽實(shí)踐操作

提及基礎(chǔ)教育階段的機(jī)器人競賽，在有些學(xué)校看來就是一項(xiàng)“貴族游戲”。門檻高，器材投入大、無法統(tǒng)一，產(chǎn)品繁雜，學(xué)生參與度低，競賽公平性打折，這些因素導(dǎo)致很多學(xué)校在機(jī)器人競賽面前望而卻步。

為了讓更多學(xué)校、更多青少年參與到機(jī)器人制作與競賽活動中來，從而更好地培養(yǎng)青少年創(chuàng)新精神和動手能力，促進(jìn)素質(zhì)教育，江蘇省推出了青少年普及機(jī)器人競賽，并將其作為省青少年科技創(chuàng)新大賽動手做科技活動的一項(xiàng)重要賽事。

江蘇省機(jī)器人普及賽作為一項(xiàng)全新的機(jī)器人競賽項(xiàng)目，跟以往的項(xiàng)目相比，具有以下幾個(gè)特點(diǎn)。

比賽投入低：普及賽的宗旨就是讓大多數(shù)的學(xué)校都能有條件參與到這個(gè)活動中，相比其他機(jī)器人競賽器材投入四五千元的價(jià)格，普及賽器材每套件價(jià)格幾百元一套，真正做到了平民化。同時(shí)，器材基本功能齊全，有一定的開放性。

統(tǒng)一器材：普及賽為了更多體現(xiàn)學(xué)生參與性，避免比賽器材的混亂，指定了比賽用機(jī)器人器材，并且器材的投入是一次性的，比賽每年一屆（保證長期性），每屆比賽對器材的要求不變。

難易度適中：普及賽屬于機(jī)器人軌跡比賽，項(xiàng)目設(shè)置更加符合學(xué)生的能力，無論是機(jī)器人的搭建還是程序的編寫，適合大部分學(xué)生。同時(shí)也可以讓學(xué)生通過制作機(jī)器人、編寫程序完成比賽任務(wù)來掌握常見的機(jī)器人知識，為更復(fù)雜的比賽項(xiàng)目（如機(jī)器人足球、滅火等）打下基礎(chǔ)。

適合開展機(jī)器人教學(xué)：普及賽機(jī)器人套裝不僅可以用于競賽活動，還可以用來開展豐富的機(jī)器人教學(xué)活動。一般學(xué)校配置10套以上普及賽機(jī)器人套裝就可以組建一個(gè)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室，開展與機(jī)器人相關(guān)的教學(xué)活動。

比賽規(guī)則

機(jī)器人普及賽分為兩個(gè)競賽環(huán)節(jié)：編程測試、機(jī)器人軌跡賽。

機(jī)器人編程測試主要考查青少年基本編程知識。由裁判員現(xiàn)場出題，選手現(xiàn)場編程解題，裁判員現(xiàn)場測試。只有測試合格的參賽隊(duì)員方可參加機(jī)器人軌跡比賽。

軌跡比賽為現(xiàn)場搭建及編程調(diào)試。比賽前，參賽隊(duì)員必須拆散機(jī)器人所有零件后方可進(jìn)入賽場。選手在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)（2小時(shí)）現(xiàn)場搭建機(jī)器人，并實(shí)地編程調(diào)試，向裁判示意開始比賽。比賽有兩次機(jī)會，取較好一輪的成績?yōu)樽詈蟪煽儭?/p>

中學(xué)組軌跡比賽場地如圖1所示。機(jī)器人從啟動區(qū)出發(fā)，按照一定的軌跡線行走（沿圖中的黑色引導(dǎo)線）：機(jī)器人要先通過6號待拼裝區(qū)（拼裝區(qū)內(nèi)有一個(gè)待拼裝塊）后再通過5號待拼裝區(qū)（拼裝區(qū)內(nèi)的拼裝塊為#5），再通過7號待拼裝區(qū)（拼裝區(qū)內(nèi)的拼裝塊為#7），最后到達(dá)停止區(qū)。機(jī)器人行走途中不得脫線，在拐彎處要有明顯的拐彎動作。在場地中的黑色引導(dǎo)線上放置一個(gè)空可樂罐，放置地點(diǎn)現(xiàn)場決定，機(jī)器人碰到可樂罐可得附加分。機(jī)器人所有部分進(jìn)入停止區(qū)并停下，否則進(jìn)入停止區(qū)是無效的。

注：場地上的6號區(qū)域 ，放置的拼裝塊是比賽現(xiàn)場從 中抽簽決定的。以#2為例，有兩種放法。

比賽解決方案

1.機(jī)器人的搭建

（1）機(jī)器人光感安裝方案：比賽中機(jī)器人的主要任務(wù)是巡線，而巡線時(shí)機(jī)器人的“眼睛”——光感就顯得尤為重要了。在此方案中，需要用到4個(gè)光感（圖2中從左往右編號：4、5、6、7），一字排開，安裝在機(jī)器人的前部。5、6用于雙光感巡線及轉(zhuǎn)彎，兩個(gè)光感間距為大于黑線寬度即可；4、7用于路口的判斷，需安裝在機(jī)器人中間兩個(gè)光感旁邊，并且要空出一段距離。

（2）馬達(dá)的安裝：安裝的時(shí)候，貼有標(biāo)簽的左右馬達(dá)不要裝反。這樣做是便于編寫程序時(shí)控制馬達(dá)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)。

2.測光程序

機(jī)器人搭建完畢后，第一件事情是測比賽場地的光值，4個(gè)光感對應(yīng)的白、黑值是多少，記載下來。

機(jī)器人配套的編程軟件VJC2.0提供了兩種編程模式：一是流程圖，二是JC代碼。測光值程序用JC代碼（類似于C語言）書寫如下：

3.程序說明

機(jī)器人在整個(gè)巡線過程中，主要做巡線、轉(zhuǎn)彎、直行等幾個(gè)動作。VJC2.0提供了模塊化編程的功能。整個(gè)程序包含以下幾個(gè)子程序，每個(gè)子程序代表一種動作，如直行、轉(zhuǎn)彎等。下面就每個(gè)子程序說明如下。

計(jì)算比較值：利用測光感程序得到的黑、白值，算出4個(gè)光感的光感比較值（黑、白值之和除以2）。當(dāng)某一光感的即時(shí)光值小于它的比較值，我們就認(rèn)為它看到白色區(qū)域，否則就是看到黑線。

56巡線：表示用中間兩個(gè)雙光感進(jìn)行巡線，當(dāng)4號或者7號光感測到黑線時(shí)（到達(dá)路口）巡線結(jié)束，等待下一步處理。

456巡線：如果56巡線走直線時(shí)有誤判，可以加入時(shí)間控制，在一段時(shí)間內(nèi)不進(jìn)行路口的判斷。路口判斷使用4號檢測。

567巡線：與456巡線類似，路口判斷使用7號檢測。

左轉(zhuǎn)：機(jī)器人左轉(zhuǎn)彎，直到5號光感檢測到黑線。

右轉(zhuǎn)：機(jī)器人右轉(zhuǎn)彎，直到6號光感檢測到黑線。

過路口直行：當(dāng)機(jī)器人巡線來到路口，要做下一步動作時(shí)，都要過路口。因?yàn)檠簿€結(jié)束，判斷路口的4號或者7號必然有一個(gè)在黑線上，機(jī)器人要往前走一段，使得4號和7號都不在黑線上。

單光感巡線：表示機(jī)器人用6號光感巡線，光感看到白色，機(jī)器人左轉(zhuǎn)，看到黑色右轉(zhuǎn)。單光感巡線對走弧度很大的曲線特別有效，如過7號拼裝塊，必須用單光感走線。

4.各子程序流程圖

（1）計(jì)算光感比較值，如圖3所示。

圖3

（2）56巡線，如圖4所示。

圖4

為了保證巡線的穩(wěn)定性，馬達(dá)速度的設(shè)置不要過快，比如都黑都白時(shí)正轉(zhuǎn)，馬達(dá)設(shè)置（45，45），一黑一白時(shí)，都正轉(zhuǎn)，一快一慢，比如（15，45）。實(shí)際調(diào)試的時(shí)候根據(jù)機(jī)器人特性，可以自行摸索。

（3）456巡線，如圖5所示。

（4）567巡線。與456巡線過程類似，只是循環(huán)的條件不同：模擬變量七<整形變量七 或 時(shí)間變量一<0.5(時(shí)間可以根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整)。

（5）左轉(zhuǎn)。用5光感口來判斷，當(dāng)5號看到黑線，轉(zhuǎn)彎結(jié)束。如圖6所示。

（6）右轉(zhuǎn)。過程與左轉(zhuǎn)類似，只是用6光感口來判斷，當(dāng)6號看到黑線，轉(zhuǎn)彎結(jié)束。如圖7所示。

（7）單光感巡線。對于走直線，可以使用56雙光感巡線，也可以通過6號單光感巡線完成。如圖8所示。

通過場地上的7號拼裝塊 時(shí)，因?yàn)榍€弧度很大，用雙光感巡線機(jī)器人很容易脫線，必須使用單光感巡線，結(jié)束的條件是：7號光感看到了黑線，也就是機(jī)器人來到這個(gè)位置：。如果此過程中機(jī)器人有誤判，可以加入時(shí)間控制。

(8)過路口直行，如圖9所示。

特別提醒：為了驗(yàn)證主程序中，各段子程序是否成功完成，可以在子程序最后加上蜂鳴器，讓機(jī)器人發(fā)聲。

5.調(diào)試技巧

整個(gè)程序主要是建立在如下幾個(gè)子程序的基礎(chǔ)上：巡線（單光感、雙光感）、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、過路口。當(dāng)然主程序中可以靈活加入一些程序段以保證整個(gè)任務(wù)的完成（如從啟動區(qū)綠色區(qū)域出來，機(jī)器人直行一段時(shí)間，接下來巡線）。在調(diào)試的時(shí)候，首先要保證各個(gè)子程序的正確性，可以一個(gè)個(gè)子程序單獨(dú)調(diào)試，調(diào)試成功了，嘗試串起來。

雙光感巡線的時(shí)候，機(jī)器人的速度可以快些，但是在進(jìn)入5號拼裝塊前的一段巡線，一定要慢速，防止機(jī)器人沖過頭。

過7號拼裝塊時(shí)，必須用單光感巡線，而且巡線結(jié)束的條件，只能用時(shí)間來控制。

如果完成任務(wù)的過程中，機(jī)器人在有些地方總是出錯(cuò)，可以嘗試讓機(jī)器人停一下，消除機(jī)器人的慣性，如在進(jìn)入5號拼裝塊之前。

調(diào)試的時(shí)候，成功率放第一位，所以機(jī)器人行進(jìn)速度不要快，確保成功了方可以加速。

普及機(jī)器人競賽活動開展兩年多的實(shí)踐證明，這是一項(xiàng)具有普及性、經(jīng)濟(jì)性、競技性和趣味性的科普競賽活動，有利于普及機(jī)器人知識，也確實(shí)讓更多的學(xué)校、更多的青少年參與到了機(jī)器人競賽活動中來。

（作者單位：江蘇南通第一中學(xué)）