風雨橋巡線機器人的制作

一、設(shè)計緣起

風雨橋是廣西的標志性建筑之一，入選“世界十大最不可思議橋梁”。其不可思議之處是全橋不使用一釘一鐵，建造者在橋柱上鑿出無數(shù)個大小不一的孔眼，再用木料鑿榫銜接。為了便利游客，讓更多游客了解風雨橋，我（許鈺佳）、許安俊和史明亮三人決定制作一個為游客自動講解風雨橋的巡線機器人。

二、指導(dǎo)老師與設(shè)計者介紹

林土淇，南寧市位子淥小學(xué)科技總輔導(dǎo)員。榮獲2019年南寧市青少年愛科學(xué)實踐活動“表現(xiàn)突出組織工作者”榮譽稱號、2016首屆青少年創(chuàng)客活動暨第七屆青少年機器人活動“優(yōu)秀教練員獎”。

許鈺佳，五年級，負責設(shè)計巡線機器人的程序，組裝、搭建模型。

許安俊，四年級，負責搭建風雨橋模型和美化風雨橋外觀。

史明亮，四年級，負責設(shè)計、搭建風雨橋模型。

三、需要材料

KT板底面1個、數(shù)字雕刻機1個、顏色傳感器1個、主控1個、巡線軌一條、電池1個、電機2個、光電傳感器4個、機器人積木若干個、連接線若干條。

四、科創(chuàng)過程

第1步：實地觀察風雨橋。

我們?nèi)硕紱]有實地觀察過風雨橋，對風雨橋的構(gòu)造、所用木料、建造原理等都沒有直觀的感受。我們?nèi)讼鹊綀D書館查閱了相關(guān)書籍，然后在林老師帶領(lǐng)下到相思湖風雨橋參觀，并觀察和記錄風雨橋的建筑結(jié)構(gòu)和外觀線條特色。另外，據(jù)我們?nèi)擞^察，有的游客喜歡跟著導(dǎo)游游覽，有的游客則喜歡自己用智能設(shè)備搜索資料，獨自參觀風雨橋。

指導(dǎo)老師林土淇：學(xué)生實地考察風雨橋不僅可以直觀地感受風雨橋的魅力，還可以在現(xiàn)場了解游客的游覽需求，有助于學(xué)生根據(jù)實際情況設(shè)計機器人講解路線與撰寫風雨橋的講解詞。

第2步：搭建風雨橋模型。

最初，我們?nèi)藳Q定自己動手制作風雨橋模型，但我們發(fā)現(xiàn)風雨橋榫卯結(jié)構(gòu)很難仿制;我們又嘗試利用積木搭建模型，但積木不能很好地體現(xiàn)出風雨橋的外觀線條與輪廓;我們又想利用雕刻機制作風雨橋，但發(fā)現(xiàn)制作的工作量很大……最后，我們網(wǎng)購了風雨橋木質(zhì)模型，并給模型涂上了顏色。

指導(dǎo)老師林土淇：學(xué)生嘗試了多種方法制作模型，最后選擇了網(wǎng)購模型。但網(wǎng)購模型的個別榫卯結(jié)構(gòu)配件銜接不緊密，學(xué)生還額外使用了玻璃膠、熱熔膠等材料進行加固。模型制作并不是本項目的重點環(huán)節(jié)，所以學(xué)生將更多的精力花在了機器人的制作、編程與調(diào)試上。

第3步：制作巡線機器人。

我們?nèi)死脤W(xué)校機器人社團提供的積木顆粒、控制器等器材，制作了一個巡線機器人。在制作與運行的過程中，出現(xiàn)了一些狀況，比如巡線機器人的電機“罷工”、電池沒電……有一次，還遇到了機器人左后輪的齒輪未固定好，導(dǎo)致巡線機器人出現(xiàn)了左右兩邊輪子的行駛速度不一致的問題。

指導(dǎo)老師林土淇：三位學(xué)生在學(xué)校社團培訓(xùn)課上，基本掌握了利用積木顆粒搭建機器人的技能，但需要提高遇到突發(fā)故障的解決能力，吸取經(jīng)驗教訓(xùn)，測試前檢測電機并多預(yù)備一塊電池。

第4步：設(shè)計巡線路線與程序。

為了滿足不同游客的需求，我們用四個光電傳感器設(shè)計了兩種巡線方式：一種是重復(fù)往返巡線方式，一種是固定點巡線方式。

指導(dǎo)老師林土淇：巡線機器人在巡線的過程中，顯示屏?xí)@示光電傳感器的數(shù)值，學(xué)生能夠直接看到光電傳感器的數(shù)值變化，然后根據(jù)光電傳感器的數(shù)值變化來確定底盤電機的速度。

第5步：錄制講解語音，設(shè)置講解二維碼，編寫講解程序。

我們?nèi)虽浿屏酥v解語音，但發(fā)現(xiàn)編程軟件限制語音文件的格式。若直接轉(zhuǎn)換文件格式，則要用到轉(zhuǎn)換軟件，而轉(zhuǎn)換軟件需要收取使用費。為了節(jié)省成本，我們使用剪映軟件與音頻采集器，完成了語音轉(zhuǎn)換的任務(wù)，并順利將語音文件插入程序中。

第6步：總結(jié)。

在制作巡線機器人的過程中，我們?nèi)嗣刻煊?xùn)練結(jié)束后，都會寫一篇工程日記，記錄遇到的問題、優(yōu)化方法、第二天的目標等內(nèi)容。

教師寄語：從三位學(xué)生的工程日記中可以發(fā)現(xiàn)，三人每天都在進步，每個人的編程、操控能力都有所提高。三位學(xué)生在制作巡線機器人的過程中，不僅感受到了制作模型的快樂，提高了動手能力和邏輯思維能力，還增加了民族自豪感和自信心。希望三位學(xué)生戒驕戒躁，再接再厲，創(chuàng)作出更多更好的作品！