智能收作業機

為了解決收作業耗時費力的問題，利用樂高EV3主控、傳感器、電機以及FTC部件等材料，制作智能收作業機，實現了收集、分類和統計各科作業的功能。

設計背景

對于每位學生來講，早晨上學第一件事情就是交作業，其中最累的就是科代表。每天早晨，科代表都會早早地來到學校，收集、整理作業，統計誰交了作業誰沒有交。甚罕有時候，課問也要收作業。這種收作業的方式比較耗時費力，每個同學到校時問并不同定，科代表收作業時問也會因為最晚到校的同學而不能按時上交給老師，同時統計工作也經常會山現差錯。

我們常常希望有一臺機器，能夠自動收集作業，科學統計作業上交情況，減輕科代表的工作量和煩惱。經過與同學們、老師們充分討論與研究，我們決定設計并制作一臺智能收作業機。希望學生到校將自己的作業放到機器上時，機器可以自動識別學/和科曰，并根據科曰進行篩選，將同科曰作業收集在一起。

設計思路

要實現智能收作業的目標，首先需要機器正確識別學生和科目。我們考慮到每位學生都有學號，所以利用學號就可以正確識別學生的作業了。

經過我們的討論和驗證，決定以顏色傳感器識別色塊的方式來實現學號和科目的識別。我們熟悉的樂高組塊中有常見的七種顏色：紅、黃、藍、白、黑、綠、棕。識別學號我們選擇兩組色塊來實現，如果七種顏色都用上，就有7×7-49種學號，但是在我們試驗之后發現因為顏色傳感器的識別度問題，綠色和藍色容易混淆，而我們常用的作業本是棕色的，使用棕色容易造成誤判。最終我們確定了用五種顏色塊兩兩組合的方式來識別5×5=25個學號進行試驗。識別科目只需要一個色塊即可，我們選擇了黑色和白色分別代表語文和數學兩個科目。為此，我們需要制作50個檢測用作業本。

在小學階段，語文和數學是我們最主要的兩科作業。我們經過觀察和驗證，發現簡單的翻板裝置就可以實現兩科作業的分類功能，而且占地面積小，通過電機帶動軸轉動就可以實現翻板左翻和右翻的功能。

在確立了設想的可行性后，我們馬上動手干了起來。通過多次試驗，在發現問題后，討論，改進，再發現問題……終于制作成功了，智能收作業機。

設計過程

這種智能收作業機的功能區主要由三部分組成：一是檢測系統，由翻板、3個顏色傳感器和主控組成。翻板用于擱置作業本，既堅同又實用。顏色傳感器用于掃描作業本上的顏色條碼，一個顏色傳感器用來識別學科，兩個用來識別學號，分辨出這個作業本是誰交的（每個學生對應一個顏色條碼，2個光電傳感器最多司以識別49組條碼）。二是分類系統，由2個EV3電機、軸和翻板組成，當顏色傳感器正確識別科目色塊后，通過電機帶動軸轉動，使翻板實現向左和向右翻轉將語文和數學兩科作業分類。三是收納系統，是由兩個收納筐構成。通過翻板分類的作業本自動滑落到下方收納筐內。

1.動作原理

同學將作業本按正確方向（有箭頭標記）平放在檢測區上方平板上，機器識別學科和學號，電機啟動，帶動軸轉動，使翻板向左或向右翻轉將不同科目作業送入到不同的作業收納筐中。同時主控將統計結果顯示在屏幕上，上交作業的學號變成黑底，未交作業的學號沒有變化，統計結果一目了然。

2.問題及解決方案

關于翻板的設計。最初的翻板就是直接用樂高部件拼出和作業本大小相同的平板。但在第一次試驗過程中發現：因為材料和拼接較多等原因使翻板阻力較大，作業本在分類后不易滑動掉落到收納筐中。我們需要讓翻板更平滑，使作業本更易下落，所以在翻板上增加了一層塑料硬板。最初設計的翻板是長軸轉動實現左右翻轉，但在試驗后發現作業本在滑落后會散開，不利于后續作業本的整理收集。將翻板設計成短軸轉動，有效地解決了整理收集問題。

關于程序的改進。識別檢測系統選擇了顏色傳感器，根據我們的設計意圖，在開始編寫程序時，我們對主控程序設計使用了“檢測顏色→識別學號和科目→轉軸（左or右）→翻板”→系列的動作命令。但在第一階段進行多次試驗后發現，作業本還沒有放到平板上，顏色傳感器就檢測到了模糊顏色，馬上進行識別，立刻轉軸翻板。我們意識到，這是因為檢測和識別時間的問題，怎么改進程序才能完善呢？后來增加了幾個動作命令達到了這個目的，改進后的程序就成了“檢測顏色→等待2秒→發出提示音→檢測顏色→識別學號和科目→轉軸（左or右）→翻板”，其中等待2秒，是我們經過多次試驗驗證過的合理放本時間。這個方案成功地使機器既快又準地掃描到了色塊，準確地將作業進行分類。

結論

經過多次試驗，并在校科技節上向同學們演示驗證，本項目設計的“智能收作業機”能又快又好地實現兩科作業的分類統計工作，能夠實現減輕科代表收作業和統計作業的工作，高效地完成任務。