周洋

摘 要：在FLL機(jī)器人競賽中，基礎(chǔ)小車的搭建是完成任務(wù)的基礎(chǔ)，完成任務(wù)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性有很大一部分因素取決于基礎(chǔ)小車的搭建。本文從驅(qū)動輪、從動輪、重心、傳感器、電機(jī)等幾個方面來探討基礎(chǔ)小車的搭建問題。

關(guān)鍵詞：FLL；機(jī)器人；傳感器；搭建

近十年，機(jī)器人競賽越來越普及，種類也非常繁多，這些比賽對促進(jìn)青少年的發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力有著很大的提升作用，與當(dāng)前所倡導(dǎo)的素質(zhì)教育不謀而合。許多大學(xué)目前也開設(shè)了機(jī)器人專業(yè)，家長的教育理念也有所更新，機(jī)器人教育也符合孩子們的天性，種種原因都使得機(jī)器人教育和機(jī)器人比賽蓬勃發(fā)展，一片欣欣向榮。其中FLL比賽是較為復(fù)雜，對青少年的能力考驗要求比較高的一項比賽，在該項賽事中，機(jī)器人的結(jié)構(gòu)搭建又是完成比賽中各項任務(wù)的基礎(chǔ)，本人就這幾年的參賽經(jīng)驗對基礎(chǔ)的搭建要求進(jìn)行了一下總結(jié)，希望對參賽者有所幫助。

一、驅(qū)動輪和從動輪的要求

樂高器材中可以用作驅(qū)動輪的輪子很多，有大、有小、有寬、有窄，在比賽中很多參賽隊都各有采用。這些輪子在走直線時是沒有什么誤差的，主要的誤差來自于拐彎，太寬的輪子由于場地不是絕對平整的，在拐彎的時候中心點(diǎn)就沒法確認(rèn)，導(dǎo)致拐彎的誤差較大，所以應(yīng)選用較窄的輪子，這樣誤差較小。直徑大的輪子可以實現(xiàn)較快的速度，但同時慣性較大引起誤差；直徑較小的輪子速度較慢，但誤差較小。輪胎與周圍結(jié)構(gòu)件要空開2毫米以上的距離，防止輪胎與結(jié)構(gòu)件摩擦引起誤差。

從動輪不宜選擇萬向輪，因為萬向輪在結(jié)構(gòu)上不夠穩(wěn)定，會引起轉(zhuǎn)向的誤差，可以選擇轉(zhuǎn)動靈活的普通輪轂作為從動輪。通常兩動力輪之間的距離在15～18厘米左右，動力輪與從動輪的前后軸距在14～20厘米左右。

二、車體重心的要求

在垂直方向，為了車體的穩(wěn)定，整機(jī)的重心應(yīng)該盡量靠下，在樂高所有的器件中控制器（包括電池）和電機(jī)的重量是比較大的，所以這些零件應(yīng)該裝在較低的位置。在水平方向，整機(jī)的重心應(yīng)該離驅(qū)動輪較近，離從動輪較遠(yuǎn)，兩者的距離大約為1：2。如果重心離驅(qū)動輪較遠(yuǎn)，那么驅(qū)動輪就有可能會打滑，引起比較大的誤差；如果重心離驅(qū)動輪太近甚至就落在驅(qū)動輪上，那么在行進(jìn)的過程慣性就會引起車輛的點(diǎn)頭和抬頭，從而引起誤差。

三、傳感器的使用

樂高提供的傳感器種類很多，但能夠在FLL比賽中發(fā)揮作用的卻很少。光電（顏色）傳感器在比賽中使用頻率較高而且是必不可少的一個傳感器，可以用單光電來巡線定位，常用的定位算法是PID算法，但在實際比賽中往往只要用到P算法就可以達(dá)到要求。可以用雙光電來進(jìn)行垂直定位，在車輛的左右水平位置各安裝一個光電傳感器，左側(cè)的傳感器控制左輪，右側(cè)的傳感器控制右輪，左側(cè)的傳感器檢測到黑線左輪就后退，檢測到白色左輪就前進(jìn)，右側(cè)也是一樣，這樣就可以達(dá)到與黑線垂直對齊的目的?？梢杂脝喂怆姽怆娧簿€+光電定位，一個光電傳感器負(fù)責(zé)巡線，另一個光電傳感器負(fù)責(zé)檢測旁邊垂直的黑線，一旦檢測到黑線，機(jī)器就可以進(jìn)行下一步動作，例如停下來完成任務(wù)等。

角度傳感器也使用得比較多。它是集成在電機(jī)內(nèi)部的，用來反饋電機(jī)旋轉(zhuǎn)的角度，是非常重要的控制電機(jī)的手段。

超聲波傳感器可以用在對精度要求不是很高的任務(wù)上，因為小車前進(jìn)的速度和超聲波本身都會對距離的判斷帶來誤差，使用的距離也應(yīng)該控制在4～12厘米左右，太近或太遠(yuǎn)都會有較大的誤差。

觸碰傳感器可以用在啟動機(jī)器和靠墻對齊時?？梢岳冒匆幌掠|碰傳感器來啟動機(jī)器或是在比賽過程中再次啟動機(jī)器?？繅R要求在機(jī)器的最后面的水平對稱位置安裝兩個觸碰傳感器，一旦兩個傳感器同時被按下就說明對齊成功，可以進(jìn)行下一步動作。

至于陀螺儀、聲音傳感器、溫度傳感器在FLL比賽中都不適合使用。

四、車身形狀的要求

首先，整個車體的結(jié)構(gòu)要非常穩(wěn)固和結(jié)實，不能在比賽中有零件松脫的現(xiàn)象。結(jié)構(gòu)不穩(wěn)固會在行進(jìn)中引起跟距離成正比的誤差。如有零件松脫了，裁判會進(jìn)行判罰。第二，車輛的前后左右最好使用圓弧或倒角的結(jié)構(gòu)，不要使用直角，這樣在車體拐彎的時候可以減少碰到模型或墻壁的概率。第三，車體后面做成一個平面或在左右兩邊做出兩個凸起，用來進(jìn)行靠墻對齊。第四，如果需要安裝導(dǎo)向輪，那導(dǎo)向輪的位置一定要在驅(qū)動輪的前面，不要超過墻壁的高度。第五，車輛的四周要平滑，要留下固定點(diǎn)。這樣就可以方便地安裝和拆除策略物。

五、控制器和連接線的要求

控制器最好是橫放在車輛上，否則重心不太容易控制。控制器的下載口的空間要預(yù)留出來，否則無法下載程序?？刂破饕奖悴鹦?，這樣可以方便更換電池和充電。連接線要盡量藏到車輛里面去，千萬不能鼓在旁邊，更不能碰到傳動部件，這樣會嚴(yán)重影響任務(wù)的執(zhí)行。

六、電機(jī)的選擇要求

目前主流的電機(jī)主要是NXT電機(jī)和EV3電機(jī)，在實際使用中EV3電機(jī)在啟動時的誤差要比NXT電機(jī)大，所以我們通常使用NXT電機(jī)。電機(jī)要挑選兩個最為接近的電機(jī)，在挑選時可用一根軸連接兩個電機(jī)，然后讓兩個電機(jī)同時轉(zhuǎn)動，在啟動時比較平順，沒有跳動的即可作為一對電機(jī)來使用。

以上是在近幾年的比賽中對于基礎(chǔ)小車搭建的一些心得，希望對讀者能有所幫助。