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乐高小车直线行走实验实验报告一、实验目的由于乐高小车左右使用不同的伺服电机，进行直线行走命令时由于两个电机的同步误差，实际行走路线不为直线。
本次实验基于小车两个舵机的偏转角度传感器，通过PID算法实现乐高小车的直线行走二、实验依据1.PID算法控制PID控制是目前工程上应用最广的一种控制方法，它的优点在于结构简单，且不依赖被控对象模型，控制所需的信息量也很少，因而非常易于工程实现，同时通过参数的调整也可获得较好的控制效果。
PID的三个参数——P（Proportional，比例）、I（Integration，积分）、D（Differentiation，微分）对时域响应的影响：P——将误差信号放大或缩小，产生控制作用，以减小误差；I——将误差不断累积，最终实现消除误差；D——获取误差的微分信息，反映偏差的变化趋势（变化率），能在系统产生大的误差变化前产生控制作用，从而加快系统的响应，减小调节时间。
PID结构框图：PID控制律写成如下形式：或在计算机控制系统中采用的是数字PID，因为计算机控制实际上是采样控制，用一系列采样点kT表示连续时间t，用和式代表积分，用增量代替微分，以进行对PID控制率的离散化。
数字PID有两种控制方式：位置式PID控制和增量式PID 控制。
(1).位置式PID 控制：(2).增量式PID 控制：本次实验采取的是位置式PID 控制。
对本次实验来说，e(k)部分为采样时刻两轮角位移之差0.004（e1-e3）；[e(k)-e(k-1)]为两次采样误差之差，即对误差导数的离散化，作用是消除小车惯性的影响；∑=k j j e 0)(为各个采样误差的累加，即对误差积分的离散化，作用是消除小车行进时的累积误差。
各误差系数取经验数值，其中KP=500,KI=4,KP=250.对本次实验来说，因为小车走的是直线，所以小车惯性对实验目的的影响不是很大，所以取偏小的数值。
2.小车传感器本次实验使用的小车传感器有超声波传感器及电机角位移传感器，其中角位移传感器参与程序的控制，超声波传感器只做数据的采样分析。
《乐高实验室》课件制作及应用《乐高实验室》课件用于信息技术机器人活动，依据《Roblab2.5 编程指南》制作，是一个仿真实验型研究性学习类课件。
●课件特色与亮点1、强仿真：课件搭建了一个交互式虚拟乐高机器人实验平台，精确、形象地模拟乐高机器人活动中的搭建、编程、调试等过程。
2、大容量：课件涵盖了乐高机器人活动中从初识Roblab到导航者级别、发明家级别直到高级应用等各级别编程以及比赛准备等全部内容。
3、高智能：课件模拟乐高机器人搭建、编程环境，学习者拥有全部主动权，可以改任意更改程序参数，“机器人”将随之智能化调整运行方式。
●课件制作背景机器人技术融合了机械造型、电子传感器、计算机软硬件和人工智能等众多先进技术，机器人活动作为培养学生能力和素质的智能平台之一，承载信息技术教学新载体的任务，给信息技术基础教育带来了新的活力。
但是我们不得不面对机器人设备的不足以及学生集中学习时间有限两方面的尴尬，急需开发一种能够模拟机器人搭建、编程、调试，既适于课堂教学辅导又方便学生自学的平台。
实践中，我利用Flash逼真的动画功能和智能编程技术，仿真模拟出每次活动的软硬件环境，让学生轻松拥有自己的“机器人”，既激发了学生学习的兴趣，又解决了硬件设备不足的矛盾，又将有限的集中学习间进行了延伸，取得了很好的教学效果。
最后集腋成裘，经过再创作、加工、梳理、完善、集成，形成本课件。
●艺术设计与布局课件整体色调为蓝色，配以黑、红、黄色文字，给人以清新、明亮的感觉，显得淡雅而深沉，突出科技主题。
课件封面，模拟乐高机器人活动中心建筑群，画面中心矗立机器人雕塑。
课件画面分割合理，控制区、显示区层次分明，风格协调、和谐、统一。
导航控制方便实用，主菜单位于顶部，次级菜单（学习内容控制）位于左部，右上角附以课件控制及帮助按钮，无论何时何地都可以轻松跳转到任意页面，进行课件各个环节的学习。
课件中采用了大量乐高积木实物的形象，从片、块、梁、轮到RCX每一个构件的造型、用色、材质、用光设计都十分考究，以仿真、乱真为终极目标。
创新设计课题：小小灭火车指导教师：郑老师武老师本组成员：胡士星吴铁男颜博潘正2006年11月课程成绩评价表一问题的提出我们开始了解了乐高玩具，和我们需要创新实践的内容，又通过老师了解了关于我们小组在实践中要做些什么，需要完成什么目标等等。
我们小组经过实践内容的了解情况，最终决定我们小组要设计一辆消防车，具体点说就是一辆能够识别方向且当它遇见火源的时候，它能立即识别火源，停止在火源的附近，随后就启动灭火装置，也就是我们消防车上的风扇，将火扑灭。
我们的设计方案就是一辆能够识别方向寻找火源的自动灭火车。
要设计这样的一辆车，我们需要克服很多困难，并且提出对车的很高的要求。
首先我们要搭建一个虚拟的实物现场，有充足的火源。
我们要设计一些具有一定高度的围墙，在把小车放在任何地方，保证小车能找到火源，并且要把火灭掉。
我们要求无人驾驶的灭火车能在设定的环境内自行搜索，寻找到着火点然后在进行灭火，要完成以上任务，灭火车必须具备一些主要的功能。
1）行走功能，灭火车的行走系统可由LEGO低速电机经齿轮传动适当组合进行减速，驱动履带。
为使行走顺畅灭火车应与墙壁保持一定距离，用接近开关，用滚轮机械结构加触动传感器实现。
也就是说当小车判别好方向时，能顺利地行走，直到再次碰壁时，通过碰撞传感器，然后通过程序的改变来实现小车能改变方向。
直到小车到达火源为止。
2）小车还要具备搜索功能，搜索过程中需要判断和选择合适的道路，用触动传感器判断前面是否碰壁该转弯了。
实现转弯的动作用程序控制，当小车碰撞到周围的墙壁的时候，小车先后退少许，再使一边的轮子反转，另一边的轮子转动，使灭火车向轮子反转的一侧转弯。
然后小车在利用行走功能继续向前走。
直到再次碰到墙，再次利用搜索功能进行搜索转弯。
3）火情发现功能，我们在小车上安装了光传感器，根据它来寻找光源。
在搜索过程中根据火的光判断是否有着火点，灭火车在移动过程中要不断进行检测，发现火情：根据光线的强弱进行判断，用LEGO光感传感器。
第1篇一、活动背景随着科技的飞速发展，创新思维和团队协作能力已成为现代社会的重要素质。
为了培养青少年的创新精神和团队意识，提高他们的综合素质，我校联合乐高教育举办了一场别开生面的乐高社会实践活动。
本次活动旨在让同学们在轻松愉快的氛围中，通过乐高搭建，激发创新思维，锻炼团队协作能力。
二、活动目标1. 培养同学们的创新思维，提高解决问题的能力；2. 锻炼同学们的团队协作能力，增强团队凝聚力；3. 增进同学们对乐高知识的了解，激发他们对科学的兴趣；4. 丰富同学们的课余生活，提高综合素质。
三、活动内容1. 开场致辞：活动伊始，校长发表讲话，对同学们的积极参与表示肯定，并对本次活动提出期望。
2. 乐高知识讲座：乐高教育专家为同学们讲解乐高的发展历程、教育理念以及乐高在创新思维和团队协作方面的应用。
3. 团队分组：将同学们分成若干小组，每组选出一个队长，共同完成接下来的乐高搭建任务。
4. 搭建任务：每组根据任务要求，利用乐高积木搭建指定主题的作品。
在搭建过程中，同学们充分发挥创新思维，相互协作，共同完成作品。
5. 作品展示：各小组展示自己的作品，分享搭建过程中的心得体会。
评委根据作品创意、团队协作等方面进行评分。
6. 颁奖环节：根据评分结果，评选出优秀团队和优秀个人，颁发奖品。
四、活动成果1. 同学们在活动中充分展示了创新思维和团队协作能力，搭建出了许多富有创意的作品；2. 通过乐高搭建，同学们对科学知识有了更深入的了解，激发了他们对科学的兴趣；3. 活动增进了同学们之间的友谊，增强了团队凝聚力；4. 家长们对本次活动给予了高度评价，认为这样的活动有助于培养孩子们的创新精神和团队意识。
五、活动总结本次乐高社会实践活动取得了圆满成功，不仅让同学们在轻松愉快的氛围中学习了知识、锻炼了能力，还让他们收获了友谊和成长。
在今后的工作中，我校将继续举办类似的活动，为同学们提供更多展示自我、锻炼能力的平台，助力他们成为新时代的创新型人才。
学生实训总结报告专业：11应用电子技术班级：1班学号：***********姓名：实训室：15号楼302日期：2013年6月28号至 2013年7月03号止指导教师：2013年7月03日说明1．实训结束之前，每个学生都必须认真撰写《实训总结报告》。
通过撰写实训总结报告，系统地回顾和总结实训的全过程，将实践性教学的感性认识升华到一定的理论高度，从而提高实训教学效果。
2．实训总结报告要求条理清晰，内容详尽，数据准确。
字数不少于2000字。
3．实训总结报告的质量反映了实训的质量，它是实训成绩评定的主要依据之一。
应在实训结束后两周内将此报告上交学院教学办公室。
不交实训报告者不得参加实训成绩评定。
4．封面中的“实训室”必须写全名，必须写上指导教师姓名。
5．“前言”部分：“实训背景”可简介实训目的、通过何种方式到此单位实训等内容；“实训环境”可包括实训室全称（中英文）、地址、规模、简介等内容。
6．“实训内容”部分：属报告的主要部分。
“实训过程”概述实训各阶段所从事的主要工作等；“实训内容”包括项目介绍、本人从事的工作、软硬件平台和技术等；“实训成果”应具体列出自己所完成的主要成果及实际应用情况等。
7．“总结”部分：其中“其它意见”可对学院课程设置、教学内容、实训安排等方面提出自己的意见或建议，也可对实训单位的各个方面提出自己的意见。
目录1前言 (4)1.1实训背景 (4)1.2实训环境 (4)2实训内容 (5)2.1实训过程 (5)2.2实训内容 (5)2.3主要成果 (5)3总结 (7)3.1实训体会 (7)3.2其它意见 (7)1前言1.1 实训背景15号楼3021.2 实训环境软件环境：MINDSTORMS Edu NXT 硬件环境：乐高机器人2 实训内容2.1实训过程一丶组装机器人二丶编写程序三丶调试机器人2.2 实训内容内容一：组装机器人，包括机器人底座的搭建，马达的安装，光传感器的安装内容二：从红色区域开始沿着黑线走到十字路口停留3秒，继续行走到三岔路口，选择左边行走，走到圆圈旋转360°继续行走，走到停车场停留2秒继续行走，走到下一个十字路口停留2秒，走向终点黄色区域2.3 主要成果3 总结3.1 实训体会刚开始使用LEGO NXT编程编写程序时，对图标的意义和在哪里并不了解，但是熟悉了各个界面之后就可以很快找到了。
第1篇一、实验背景随着科技的发展，拼装模型作为一种集知识性、趣味性、实践性于一体的活动，越来越受到人们的喜爱。
本次实验旨在通过拼装模型，让学生掌握模型设计、制作、拼装的基本技能，提高学生的动手能力、创新能力和团队协作能力。
二、实验目的1. 熟悉拼装模型的基本原理和制作方法；2. 学会使用拼装模型所需的工具和材料；3. 培养学生的动手能力、创新能力和团队协作能力；4. 增强学生对科学技术的兴趣和认识。
三、实验内容本次实验主要包括以下内容：1. 模型设计：根据实验要求，设计一款具有创意的拼装模型；2. 材料准备：选择合适的材料，如塑料、金属、木材等；3. 制作：根据设计图纸，将材料加工成所需的零件；4. 拼装：将加工好的零件按照设计要求进行组装；5. 调试：对拼装好的模型进行调试，确保其正常运行。
四、实验过程1. 模型设计：在实验指导老师的帮助下，我们小组确定了设计一款具有中国特色的拼装模型，以展示我国悠久的历史文化和现代科技发展成果；2. 材料准备：根据设计要求，我们选择了塑料、金属、木材等材料，并进行了切割、打磨等加工；3. 制作：我们将加工好的零件按照设计图纸进行组装，注意零件的尺寸、形状和位置；4. 拼装：在拼装过程中，我们遇到了一些问题，如零件尺寸不匹配、拼装不稳定等。
通过小组讨论和查阅资料，我们找到了解决方案，最终完成了模型的拼装；5. 调试：对拼装好的模型进行调试，确保其正常运行。
在调试过程中，我们发现了一些细节问题，如零件间隙过大、运动部件过于松散等。
经过调整，模型达到了预期效果。
五、实验结果与分析1. 实验结果：我们成功完成了一款具有中国特色的拼装模型，该模型不仅展示了我国的历史文化，还融入了现代科技元素；2. 实验分析：通过本次实验，我们掌握了拼装模型的基本原理和制作方法，提高了动手能力、创新能力和团队协作能力。
同时，我们认识到以下几点：（1）设计是拼装模型的基础，只有合理的设计才能保证模型的稳定性和美观性；（2）制作过程中，要注重细节，确保零件的尺寸、形状和位置准确；（3）拼装过程中，要耐心、细致，遇到问题要及时解决；（4）团队协作是完成拼装模型的关键，成员之间要相互支持、互相帮助。
机电一体化创新综合实验学院: 机械与汽车工程学院专业: 机械电子工程姓名:学号:目录第一部分基础实验 (3)实验1光电传感器自动跟踪小车 (3)1. 实验目的 (3)2. 实验要求 (3)3. 软件设计 (3)4. 测试环境 (3)5.实验步骤 (4)6. 注意事项 (4)7. 实验总结 (4)实验2光电传感器测距功能测试 (5)1. 实验目的 (5)2. 实验要求 (5)3. 软件设计 (5)4. 测试环境 (6)5. 实验步骤 (6)6. 调试与分析 (7)7. 注意事项 (9)8. 实验总结 (9)实验3光电传感器位移传感应用 (10)1. 实验目的 (10)2. 实验要求 (10)3. 软件设计 (10)4. 实验步骤 (11)5. 调试与分析 (11)6. 注意事项 (13)7. 实验总结 (14)第二部分创新实验 (15)双轮自平衡机器人 (15)1. 实验目的 (15)2. 实验要求 (15)3. 实验原理 (15)4. 实验步骤 (17)5. 实验过程 (18)6. 实验总结及注意事项 (20)7. 实验感想 (21)第一部分基础实验实验1 光电传感器自动跟踪小车1.实验目的：①了解光电传感器感光特性；②掌握LEGO基本模型的搭建；③基本掌握ROBOLAB软件；2.实验要求：①搭建牢靠的小车模型②实现小车沿着黑线行走(实际上是沿着黑线走Z字形)。
3.软件设计：写出程序如下：4.测试环境：如图所示：5.实验步骤：1)参考附录步骤搭建小车模型。
2)用ROBOLAB编写程序。
3)将小车与电脑用USB数据线连接，打开NXT的电源。
点击ROBOLAB的RUN按钮，传送程序。
4)取有黑线的白板，运行程序，观察小车的运动情况，不断调试程序，知道小车能平稳地运行。
6.注意事项：●光电传感器对环境光较为敏感，现采用直接采光装置，提高对环境的适应度。
另外，采用光电传感器的自身光源，最大限度的减少环境光对实验的不利影响。
●小车在行进之中，并不能保证轨迹完全沿着黑线行走，而是沿着黑线走Z字形。
7.实验总结在下载程序之后，将Lego机器人的光感传感器先对准稍偏离黑线部分，启动程序，之后机器人能够平稳的沿着黑线Z字形行走。
周围环境对小车有一定的影响，但只要根据环境调试到合适的光感值，小车就能正常运行。
体会：用ROBOLAB编写程序时各个图标比较难找，但是熟悉了各个界面之后就可以很快找到了。
乐高机器人具有简单容易操作的优点，通过简单的图形编程就可以对它进行控制了，这同时也激发了学习的兴趣。
这次的乐高机器人实验初步锻炼了利用ROBOLAB编程的能力，为以后的实验打下了良好的基础。
实验2 光电传感器测距功能测试1.实验目的：①了解光电传感器测距的特性曲线；②掌握LEGO基本模型的搭建；③熟练掌握ROBOLAB软件。
2.实验要求：①用LEGO积木搭建小车模式，并在车头安置光电传感器。
②小车能在光电传感器紧贴红板，以垂直红板的方向作匀速直线倒车运动过程中进行光强值采集。
③绘制出时间－光强曲线，推导出位移－光强曲线及方程。
3.软件设计：编写程序流程图如下：写出程序如下：4. 测试环境：如图所示：红板光电传感器直尺注意事项：实验应尽量降低环境干扰因素，同时小车的设计宜使速度尽量低。
可参考左图传动机构设计。
5. 实验步骤：1）搭建小车模型，参考附录步骤或自行设计2）用ROBOLAB编写上述程序。
3）将小车与电脑用USB数据线连接，并打开NXT的电源。
点击ROBOLAB 的RUN按钮，传送程序。
4）取一红颜色的纸板竖直摆放，并在桌面平面与纸板垂直方向放置直尺，用于记录小车行走的位移。
5）将小车的光电传感器紧贴红板放置，用电脑或NXT的红色按钮启动小车，进行光强信号的采样。
从直尺上读取小车的位移。
6）待小车发出音乐后，点击ROBOLAB的数据采集按钮，进行数据采集，将数据放入红色容器。
共进行四次数据采集。
7）点击ROBOLAB的计算按钮，分别对四次采集的数据进行同时显示、平均线及拟和线处理。
8）利用数据处理结果及图表，得出时间同光强的对应关系。
再利用小车位移同时间的关系（近似为匀速直线运动），推导出小车位移同光强的关系表达式。
6. 调试与分析a)采样次数设为24，采样间隔为0.05s，共运行1.2s。
采得数据如下所示：数据显示b) 在ROBOLAB的数据计算工具中得到平均后的光电传感器特性曲线，如下图所示：平均线c) 对上述平均值曲线进行线性拟合，得到的光强与时间的线性拟合函数：拟和线以上四条曲线在一个图中显示如下：d) 取四次实验小车位移的平均值，根据时间与光强的拟合函数求取距离与光强的拟合函数：由上图可得光强与时间的关系为：y= -25.261858×t+56.524457 ;量取位移为4.5cm，用时1.2s，得：x=3.75×t;光强与位移的关系为：y= -6.73649547×x+56.524457;e) 通过观测上图及导出的光强位移函数可知，光电传感器在短距离里内对位移信号有着良好的线性关系，可以利用光强值进行位移控制。
但我们也可以发现，其线性区域十分狭窄，从图中可看出，主要集中在0.1s到0.8s之间。
故只能用于短距离测控。
7. 注意事项：①光电传感器对环境的光较为敏感，应采用一定的遮光措施，使环境尽量的暗，增大光强变化范围，提高定位准确度。
另外，采用光电传感器的自身光源，最大限度的减少环境光对实验的不利影响。
②小车在行进之中，并不能保证轨迹完全与红板垂直，可以采取固定后轮的方式，强制小车直线运动。
③由于光电传感器的自身光源为红色光，故采用红板反射效果最好。
在同等条件下，白板的反射光强曲线较陡。
④由于线性区域很窄，故只用低速档并可以考虑采用齿轮减速机构，使速度尽量的慢，得到较为理想的曲线。
8. 实验总结：通过这次实验，我们看到光电传感器的另一种功能，在短距离内的测距功能。
但我们也看到，这种工作方式容易受环境的影响，产生较大的误差。
另外，它也只适合于短距离的测量，这是由于其与位移的线性关系决定的。
最后，这次实验也为下次实验提供了理论支撑和相关数据的确定。
体会：本次试验观点传感器对环境光非常敏感，实验时应该把装置放在较暗的地方（如桌子下方）。
实验3 光电传感器位移传感应用1． 实验目的：掌握利用光感的局部线性特征进行测距的方法。
2． 实验要求： ① 小车由出发点向障碍物方向匀速行进，距离3CM 、2CM 、1CM 时各停止5秒钟并以不同音调提示到达指定位置。
② 回程亦然并停止在3CM 位置。
测量小车到达各目标位置的实际位置。
③ 重复实验三次并记录相关数据。
3． 软件设计：编写程序流程图如下：写出程序如下：4. 实验步骤：1)参考附录搭建小车模型。
2)用ROBOLAB编写上述程序。
3)将小车与电脑用USB数据线连接，并打开NXT的电源。
点击ROBOLAB的RUN按钮，下载程序。
4)取一红颜色的纸板竖直摆放，并在桌面平面与纸板垂直方向放置直尺，用于记录小车与红板之间的距离。
5)将小车的正对红板放置，与红板距离约为4cm。
用电脑或NXT的红色按钮启动小车。
每逢小车停顿，从直尺上读取小车的位移。
重复三次。
6)将记录的数据记录在自制的表格中。
5. 调试与分析a)利用上次实验推导出光强与位移的方程：y= -6.73649547×x+56.524457得出：x=1cm时, y=49.8611≈50;x=2cm时, y=43.16889≈43;x=3cm时, y=36.46665≈36;b)利用上述数据进行程序设置，虽然小车能够按要求在不同的距离停顿，但与我们所设的位置有较大误差，特别是回程的时候。
这是由于拟和的函数本身就存在误差，再加上环境的影响，故实现起来有较大的误差。
c)d)为更好的进行程序调试，故改进程序如下，加入光电感应器的数据采集：e)运行程序，得到下图：f)观测上图，可以发现小车并未在我们设定的控制阈值处停顿。
在向前运动中，停顿位置的实际光强值比预设的大。
而在回程中，停顿位置的光强值比我们预设的小，故可以推测由于小车的惯性及电机自身的因素，产生了控制误差。
另外，我们可以从图表中读出停顿位置的实际光强值，故可以根据现场情况，调整控制阈值，达到较好的控制效果。
g)h)调整控制阈值后采集的数据：i)根据上图可以发现，小车实际停顿位置的光强值为34，39，47。
将这些数据代入上次实验得出的方程，发现处在这些光强之下的位移都比预计值大，说明上一个实验得出的方程存在误差，把一开始的加速运动简化为匀速直线运动处理所产生的。
6. 注意事项：●光电传感器对环境光较为敏感，应采用一定的遮光措施，使环境尽量的暗，增大光强变化范围，提高定位准确度。
另外，本实验采用光电传感器的自身光源，最大限度的减少环境光对实验的不利影响。
●小车在行进之中，并不能保证轨迹完全与红板垂直，可以采取固定后轮的方式，强制小车直线运动。
●由于光电传感器的自身光源为红色光，故采用红板反射效果最好。
在同等条件下，白板的反射光强曲线较陡。
●由于控制的位移很小，故尽量采用低速档及齿轮减速机构，使速度尽量的慢。
另外一开始摆放的距离也不宜太大，尽量减小惯性，才能得到较为精确的控制。
●读取直尺数值时尽量保持以垂直桌面的角度，减小误差。
7. 实验总结：通过这次实验，我们看到利用光电传感器，可以实现短距离的较为精确的位移控制。
但由于受环境光，以及小车的惯性等因素的影响，利用上次实验拟和的位移－光强曲线函数虽然实现不同距离停顿的功能，但与预定值有着较大的误差。
故可以考虑现场采集光强值的方式，以上次实验计算出的控制阈值作为初始值，通过多次试验进行校正，最后达到较为理想的位置控制。
另外，从直尺上读取小车的位移值时，从不同的角度读取值不一样，易引入误差。
故可以考虑在车轮上直接绘制标尺的方式或改用角度传感器反馈的方式来进行位移值的读取。
附测试环境：如图所示：红板光电传感器直尺第二部分 创新性实验-------双轮自平衡机器人1. 实验目的① 了解LEGO 传感器的相关功能并熟练应用 ② 掌握LEGO 基本模型的搭建，③ 熟练掌握ROBOT C 软件，探索机器人的自动控制调节算法研究。
2. 实验要求1. 利用LEGO 积木搭建一辆两轮机器人小车，并配置所需传感器-----一个光感传感器；2. 利用ROBOTC 编写控制程序，选择PID 控制算法，选择合适的kp ，ki ，kd 等参数使该机器人能够在较长一段时间内实现自动平衡（当有外界扰动时，机器人小车也能快速做出反应使自己处于一个平衡状态）。
3. 实验原理PID 控制参数p i dK T T 相互独立，参数整定比较方便；PID 算法比较简单，计算工作量比较小，容易实现多回路控制。
