自適應速度控制學步車

王希文

一、設計緣由

我有一個弟弟，已經1歲多了，正在學走路。爸爸媽媽上班的時候，外公外婆照顧弟弟，可他們年紀大了，每天彎著腰陪弟弟練習走路實在吃不消。

弟弟有一輛學步車，每次他推的時候，都會因為重心不穩而導致學步車突然加速向前沖，所以使用學步車的結果不是弟弟摔倒，就是學步車撞到墻了，最終學步車被打入了“冷宮”。我想，如果能設計一種能自動感應并控制速度的裝置，將它安裝在學步車上就好了，這樣既能訓練弟弟走路，又能減輕外公外婆的負擔，一舉兩得。于是，我利用現有的硬件和軟件對弟弟的手推式學步車進行改裝。

二、制作過程

1.設計制作主機裝置

我用Micro：bit及其MB拓展版robot：bit、鋰電池制成了自適應速度控制裝置。

2.固定主機裝置

如何將自適應速度控制裝置裝在學步車上呢？既不能破壞學步車的外立面，又要保證自適應速度控制裝置呈90°直立狀態，穩固穩定。為此，我花了不少心思。

觀察學步車的內部結構后，我用樂高科技小顆粒為自適應速度控制裝置搭建了一個穩定的支架，然后利用卡槽將自適應速度控制裝置藏在學步車中，并通過直角支撐的方式將自適應速度控制裝置穩穩地立在學步車中。

3.設計制作減速裝置

幼兒小腦還沒有發育好，自我平衡控制能力欠缺，如果輪子突然停下來，幼兒因為慣性很容易摔倒，所以要想達到保護幼兒的目的，必須安全減速。那么如何對輪子實現安全有效的減速呢？這是自適應速度控制裝置的關鍵所在，于是我設計了幾種減速裝置：

（1）夾子型：需要減速時，以一定角度夾住輪子，以達到減速的目的。

（2）障礙物型：需要減速時，把障礙物推向地面，阻礙輪子前進，以達到減速的目的。

（3）摩擦型：需要減速時，通過橡皮圈增加輪子的摩擦力，達到減速的目的。

通過比較嘗試，我最后選擇了摩擦型減速裝置，用樂高EV3的橡皮零件做了一個較小的減速裝置。

4.固定減速裝置

通過各種嘗試，我將摩擦型減速裝置巧妙地安裝在兩個前輪的內側上方，既不影響學步車的美觀，又不妨礙輪子正常轉動，還能在關鍵時刻起到有效的減速作用。

5.進行編程

我通過makecode平臺對主控裝置進行編程。

6.進行調試

在調試過程中，我遇到了3個問題，然后一一解決。

（1）加速度感應問題：如果將值設置得太大，不易感應幼兒的加速度，會導致裝置無法啟動保護功效;如果將值設置得太小，又會使整個裝置過于敏感，隨時處于保護狀態，無法正常使用。最后，經過調試得出200左右的值是最適合的數值。

（2）減速裝置角度問題：在調試中，這個步驟我花了較長時間，因為兩個舵機的情況不一樣。通過一次次角度值的數據調整，最終我發現左輪舵機68°剛好控制橡皮條卡住輪子達到制動效果的位置，30°剛好控制橡皮條放開輪子的最佳位置，而右輪舵機20°剛好控制橡皮條卡住輪子達到制動效果的位置，40°剛好控制橡皮條放開輪子的最佳位置。

（3）減速裝置回收問題：加速度是一個瞬間改變的值，如果不加延時，可能剛剛觸發就因加速度值突變而取消了舵機制動，所以加延時強制2秒制動，可以達到更好的減速效果。

三、實物實地對比試驗

為了檢測自適應速度控制學步車的使用效果，我請弟弟進行試驗。

在自適應速度控制裝置沒有開啟前，弟弟推著學步車前行，因為走路跌跌撞撞，學步車受到推力作用突然向前沖，撞到了門框上。

如果不是門框擋住了學步車，學步車一定會拽著弟弟向前沖。假如弟弟這個時候因為腳步跟不上而松手，那后果不堪設想。

開啟自適應速度控制裝置后，弟弟跌跌撞撞向前走，自適應速度控制裝置感應到危險加速度，立刻啟動減速裝置，通過減速裝置的運轉使學步車在弟弟的可控范圍內，沒有向門框撞去，而是在減速后被弟弟繼續推著前行。

四、設計反思

自適應速度控制裝置對學步車起到了很好的控制作用，避免了弟弟在學走路時因為重心不穩而導致學步車突然加速的現象發生。

在試驗中，我發現了一個問題：弟弟在推學步車的時候，學步車不能經常沿直線前行，這也許是幼兒的平衡感、方向感不太好，推車的時候兩只手用力不均造成的。接下來，我將嘗試解決學步車方向偏移的問題，幫助弟弟更安全地學習走路。