EV3自平衡機器人

河北師范大學化學與材料科學學院 劉妍妍 吳育飛

機器人教育為STEAM教育提供了一個新的實踐平臺,在指導學生設計制作“自平衡機器人”項目時，從初步識別零部件，到理解原理，動手組裝部件，學習編程，調控機器人執行動作，在這個過程中將各個學科不同的實踐過程和精神內涵進行融合,使學生能夠主動獲取知識,尋求解決問題的方法,合作完成任務，激發了學生的學習興趣，提高了學生解決問題的能力、創新思維能力和合作學習的能力。

組裝和運行過程中容易出現的問題是：①EV3自平衡機器人組裝過程中極易出現接線錯誤；②EV3自平衡機器人無法站立平衡行走；③EV3自平衡機器人無法執行正確的口令動作等。

①出現接線錯誤的原因，一方面是由于EV3自平衡機器人需要用到6根黑色扁平的接線，外觀一樣且數量居多；另一方面是因為在搭建圖紙上并沒有明確標注電機和傳感器需連接EV3程序塊中的具體端口，在這種情況下極易出現接線錯誤。因此，在組裝前首先要查看相關資料，明確電機和傳感器連接EV3程序塊中的具體端口；其次，為了區分連接不同電機和傳感器的接線，連接過程中可以用小標簽對電纜進行標注，從而保證接線的正確。最后，為了使機器人更加美觀，要選擇長度適中的電纜進行連接，便于對接線進行歸并整理。

②自平衡機器人無法站立行走的原因：一是EV3自平衡機器人編程較復雜，在編程中出現了錯誤；二是電機和傳感器連接EV3程序塊中的具體端口不對應,接線錯誤；三是機器人在測試過程中電量不足。因此，在測試前，首先要對機器人進行正確的編程，EV3自平衡機器人編程對小學生是非常困難的，可以直接從樂高頭腦風暴軟件中下載對應編程至EV3程序塊中來解決編程問題；其次，在測試前要仔細檢查電機和傳感器是否連接到正確的端口，是否將顏色傳感器接入1號端口,陀螺儀接到2號端口，觸動傳感器接入3號端口，紅外傳感器接入4號端口，兩個大型電機分別接入A、D端口，中型電機接入C端口；最后，每次測試前都要將EV3自平衡機器人充滿電，以保證測試過程正確進行。

③機器人可以站立平衡行走，但有時會出現無法執行正確的口令動作的問題，例如：顏色傳感器識別藍色顏色塊兒時沒有執行順時針旋轉而是出現逆時針旋轉的動作。這是由于前光值程序運行時，環境直射光對識別顏色干擾。因此，測試時適合放在室內漫射光環境操作，或者用一張白紙適當遮擋直射光線。

為了達到更好的效果，EV3自平衡機器人在教學中應注意以下幾點：①對于初次學習機器人制作的學生，在教學內容上要增加相關基礎知識和原理的普及和學習，特別是做好程序設計的“掃盲”教育。②許多因素都會影響EV3自平衡機器人的效果表達，要把握好各影響因素之間的協同關系以及適切與優化程度。③對于這種集成度較高的作品，課堂中要充分發揮教師指導下學生的主體作用，鼓勵學生敢于“犯錯”，從多次嘗試過程中試錯、對比、糾正，并逐步實現作品結構、性能、執行過程的逐步完善。