书城科普读物探索机器人的世界(海洋与科技探索之旅)
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第9章 智能碰碰车设计

同学们都在游乐园或其他的游乐场所玩过碰碰车,你知道碰碰车为什么能动吗?碰碰车为什么好玩如果能够在机器人课堂学习中联系实际生活,对未知的科学知识产生兴趣和爱好,并对其进行进一步研究,找到解决问题的方法,那你的收获将非常大。

本单元的内容就是和大家一起动手制作非常有趣的智能碰碰车。

碰碰车的原理是怎样的?碰碰车直接通过垂直的电杆从天花板取电,车子底部的四周是橡胶做成的围墙,车子的重心很低。当发生碰撞时,车子底部的橡胶相碰,根据橡胶的性质,小车便发生反弹。

思考:为什么碰碰车底部的橡胶相碰时小车会发生反弹?

在物理学中,碰撞是指运动的物体相遇,在极短的时间内,通过相互作用,运动状态发生急剧变化的过程。

动量、冲量动量和冲量都是研究碰撞过程的物理量。动量是物体的质量和速度的乘积,即p=mv,式中的速度是指瞬时速度。冲量是作用在物体上的力F和力的作用时间f的乘积,I=Ft,它是引起物体动量变化的原因,是一个过程量。

碰撞过程中产生的力不仅与碰撞的时间有关,还与物体碰撞前后的运动速度有关。碰碰车底部的橡胶是为了增加碰撞时间,从而减小碰撞时产生的冲力。

碰撞的类型按照碰撞前后系统的总动量是否守恒,可将碰撞分为完全弹性碰撞、完全非弹性碰撞、非完全弹性碰撞三类。

完全弹性碰撞中,碰撞前后两小车的总动量是相等的(如:当两车质量相等时,弹性碰撞将使两车交换速度);完全非弹性碰撞中,碰撞前后两车总动量不相等,但是碰撞后两小车的速度相同;在非完全弹性碰撞中,两车碰撞时一部分机械能转化为其他形式能,碰撞发生的部分形变在碰后不能恢复原状。

碰碰车碰撞过程中,部分的机械能转化为弹性势能,使车底部的橡胶发生形变,橡胶恢复形变时产生弹力使两车弹开。

制作智能碰碰车活动任务用提供的乐高器材制作一辆坚固的小车,看谁的小车最牢固,能够到达指定地点并返回到出发位置。活动准备个RCX、2个马达、2根导线、2个大轮、1个40齿齿轮、积木块若干。

活动步骤步骤一:搭建小车身体车身结构分析:碰碰车最重要的要求是要坚固。它可能会和别的碰碰车或墙壁相碰撞,所以在搭建小车时,需要把重点放在牢固程度上。

如何搭建小车才能使其牢固呢?小车的主要组成部分是:“大脑”(RCX)、“腿”(用轮来替代)、“手”(用传感器实现)。这样,关键问题就出现了:如何让小车身体的各个部分牢固地“粘连”在一起。

活动提示小车的“腿”必须正面和背面双向固定,这样才能够使小车“坚不可摧”。

活动提示步骤:编程——让智能碰碰车动起来(1)冒险测试请你把机器人从10cm的高度掉落在地上,你的机器人安然无恙吗?请根据测试情况把机器人检修好。

(2)让碰碰车动起来如何让小车在碰到障碍物时能躲避障碍物呢?这就需要用到触动传感器。下面给出参考程序。

①碰到障碍物时,小车停止前进并发出声音。

程序中功能是让RCX发出声音。数字5是声音类型修改量,利用声音类型修改量可改变声音。修改量值为1~6的整数,每个数字都代表一个内置声音。1.击键音;2.蜂鸣声;3.渐低音;4.渐高音;5.嗡嗡声;6.快速渐高音。此程序是当触动传感器被按下后,停止A、B、C三个马达,然后播放“嗡嗡声”。

②碰到障碍物后退。

③碰到障碍物后退,并且掉头。

程序中图标的功能是:等待一个随机秒数后执行下一个图标命令。使用修改量可以选择最大随机时间,这对延长灯和马达的运转时间有作用。默认的是等待从0~5s的随机时间。如:表示A马达转动0~5s之间的一个随机秒数后停止。③程序中马达A和C先逆时针转动,当连接在2端口的触感被按下后则顺时针转动,转动0~1.5s的随机时间后,马达A再次反向,逆时针转动,又经过0~1s的随机时间后,回到程序开始,马达C变为逆时针转动。

实践课堂检测小车加上它的“腿”——两个轮子之后还是不能“行走”,是什么原因呢小车的“手”是为了让智能碰碰车更智能,同学们在前面的课中了解到,它需要用到触动传感器,但设计一个什么样的结构才能使碰碰车避免与其他物体猛烈碰撞呢评估请各位同学将在该单元学习过程中的收获和疑问写到便签中。便签格式如下:

小组名:姓名:

收获:

疑问:

知识链接资料.乐高组件和ROBOLAB软件在工程学中的应用[M]。北京:西觅亚公司答案提示阅读与思考思考:碰碰车在碰撞过程中,部分的机械能转化为弹性势能,使碰碰车底部的橡胶发生形变,橡胶恢复形变时产生弹力使两车发生反弹。

检测与评估检测:

没有打开;程序没有下载;硬件连接端口和软件中所设定的端口不一致。

该结构能够将触动传感器四周包围起来,触动传感器周边最好有较长的触须,以便于触动传感器的触发。