智能寻轨器

在智能寻轨器制作中提高学生逆向思维能力作者：郭秋维何梦婷来源：《小学科学》2022年第04期逆向思維，就是我们对平时司空见惯的似乎已成定论的事物和观点，反过来思考的一种思维方式。

科学老师在指导学生进行智能寻轨器制作的过程中，可巧用逆向思维来认识某些元件的正反向不同特性，进而理解电路工作的正反原理，并进行演绎分析;在检测和调试过程中，运用逆向思维进行分析和调整，可促使电路工作正常，寻轨顺畅自然，行程远，达到智能寻道的作用，从而提高学生的逆向思维能力。

逆向思维，顾名思义，即不按常规的思维方式，不从事物的正向思路考虑问题，偏偏反其道而行之，以获得解决问题的一种新颖方式。

在日常生活中，逆向思维无所不在，有着极其广泛的实用价值。

但它总是与正向思维相对应而存在，所以，我们在分析逆向思维问题时，有必要联系正反两方面的因素，才能加深对逆向思维的理解，收到更好的效果。

韦钰院士指出：“儿童具有强大的学习能力，是一个积极主动的学习者。

婴儿一来到这个世界，就开始了从一个生物人向社会人发展的学习过程。

”智能寻轨器的制作，蕴含科学创新信息，内隐着反向思维，如能充分发挥其优势，就会帮助我们分析与认识其中规律，从而达到有效解决行走问题之目的。

一、应用逆向思维的优势有时遇事绞尽脑汁想不出好办法来，不妨改变一种思考方法，换一个角度，从事物的反面进行琢磨，可能会产生意想不到的效果。

生活中常见的逆向思维有原理逆向、功能逆向、结构逆向、程序逆向、因果逆向、状态逆向、属性逆向等。

如，司马光砸缸救孩子就是应用逆向思维来解决问题的实例。

事物之间总是相互联系的，正向思维与逆向思维的顺逆方向不同，解决问题的功效也有别。

很多人总习惯性地常规思维，这固然有很大的好处，但也存在着明显的不足：不能适应突变的情境;面对难关，往往难以实现突破;不能逾越鸿沟。

用上逆向思维后，就能够势如破竹，使问题迎刃而解。

对大自然中的万事万物，多问几个为什么：假如没有灰尘，假如没有苍蝇，大自然又会怎样呢？这种训练，对培养学生的逆向思维有独特的促进作用。

智能高铁轨道巡检机器人智能高铁轨道巡检机器人是利用激光雷达进行测距，对高铁轨道与站台之间距离进行测量的装置，主要的技术核心为大范围高精度测量、与手持机实时通讯、在铁轨上自动行走等。

标签：激光测距;轨道巡检1、引言在高速铁路不断发展的进程中，列车对轨道的要求越来越极致，从材质到规格的精度都达到了各个领域的最顶尖的级别。

铁路轨道和站台由于热胀冷缩带来的挤压与拉扯，会导致轨道与站台之间的距离发生变化。

一旦列车行驶在如此状态的轨道上，极其有可能发生剐蹭站台的现象，甚至出现列车脱轨的惨剧。

因此对这段距离的检测就显得至关重要因此我团队设计了能够检测铁轨与站台之间距离的智能高铁轨道巡檢机器人。

2、作品介绍2.1作品设计、发明的目的解决高铁轨道到站台距离精确测量问题2.2基本思想智能高铁轨道巡检机器人是利用激光雷达进行测距，使底盘在铁轨上以一定速度行驶。

激光雷达每隔一定距离进行测距采样。

设计的目的就是要改进传统用人工和大直角尺测量的不精确以及时间长工作量大等缺点。

2.3技术关键（1）移动测量测量范围以及测量精度（2）强度与便携性（3）恶劣环境中正常工作（4）弯道测量问题2.4主要技术指标行走速度：0.2m/s-1m/s，距离测量范围：100mm-2500mm，误差±1mm。

采用手持机无线操控。

所有操作均可由手持机PDA实现。

并且具有可显示当前测量实时数据等功能。

在低温-30℃，高温50℃均可持续工作4小时。

3、创新点3.1硬件技术我们采用了激光雷达来代替传统的刻度尺，通过采样运算，能够精准的测量所需的数据，并且为了防止在使用电子陀螺仪进行角度补偿时出现因为温飘（传感器因为的温度变化导致的精度变化）造成数据不稳定的情况，我团队采用了自制的温度补偿系统来保证传感器的工作。

并且期待能够配合机器人测的行走距离来对当前的被测站台进行实施建模，相比于参照感微弱的数据，模型更加简洁、直观。

为了满足实时建模的要求，我们设计了精确到毫米级别的直接按测距系统，通过外挂编码器与橡胶轮连接的方式进行测距功能的基本实现，通过悬挂系统防止出现与接触面分离的情况。

轨道式巡检机器人在当今科技飞速发展的时代，各种创新技术和智能设备不断涌现，为人们的生活和工作带来了极大的便利。

其中，轨道式巡检机器人作为一种新型的智能化设备，正逐渐在各个领域发挥着重要作用。

轨道式巡检机器人，顾名思义，是一种沿着预设轨道进行巡检工作的机器人。

它融合了机械、电子、控制、计算机、传感器等多种技术，能够实现对特定区域或设备的自动监测、数据采集和故障诊断等功能。

轨道式巡检机器人的应用场景非常广泛。

在工业领域，例如化工厂、发电厂、钢铁厂等，这些场所通常存在高温、高压、有毒有害等危险因素，人工巡检不仅劳动强度大，而且存在一定的安全风险。

轨道式巡检机器人可以在这些恶劣环境中稳定运行，对设备的运行状态、温度、压力、液位等参数进行实时监测，及时发现潜在的安全隐患和故障。

在电力行业，它能够对变电站内的电力设备进行巡检，包括变压器、开关柜、避雷器等，检测设备的外观是否存在异常、是否有放电现象等，保障电力系统的安全稳定运行。

在轨道交通领域，轨道式巡检机器人可以对轨道、隧道等设施进行巡检，检测轨道的平整度、扣件的紧固情况、隧道壁的渗漏水等问题，确保列车的运行安全。

轨道式巡检机器人通常由机械本体、驱动系统、控制系统、传感器系统和通信系统等部分组成。

机械本体是机器人的基础结构，包括机身、行走机构、机械臂等，它的设计需要考虑机器人的工作环境和任务需求，保证机器人具有足够的强度和稳定性。

驱动系统负责为机器人提供动力，使其能够沿着轨道运动，常见的驱动方式有电机驱动、液压驱动等。

控制系统是机器人的“大脑”，它接收传感器采集的数据，进行分析处理，并发出控制指令，指挥机器人完成各种动作和任务。

传感器系统则是机器人的“眼睛”和“耳朵”，通过安装各种类型的传感器，如视觉传感器、温度传感器、压力传感器、声音传感器等，实现对环境和设备的感知。

通信系统用于机器人与控制中心之间的数据传输，确保机器人能够实时将采集到的数据传输给控制中心，同时接收控制中心的指令。

会认路的小车你听说过不用人驾驶自己会认路的汽车吗？即无人驾驶全自动汽车，听上去像科学幻想，但人们的确已经造出来了。

原来它有一整套激光探测系统和电脑识别系统，控制汽车的速度和方向。

今天我们向你介绍的“会认路的小车”叫“智能寻轨器”。

我们在一块白色地毯上，画上黑色线条当做道路，小车就会跨着这条黑线行驶和转弯，到达目的地会自动停车。

这是经国家体育总局航空无线电模型运动管理中心批准，全国青少年电子制作锦标赛推出的智能车竞赛项目。

下面我们来学习认识和装配制作智能寻轨器（也叫“智能车”）。

一、智能车的构造：图1智能车构造二、智能车的工作原理：智能车有两个电动机，分别带动两个车轮，控制前进和转弯。

车头有块电路板，分别控制电动机转动或停止。

电路板左右两边各有一个光探测器，某一探测器遇到黑色线条，探测接收器得不到反射光，电路就会控制电动机停转；由于另一边的电机仍然在转动，小车便转弯，车轮自行避开黑线，左右两车轮就始终跨着黑线一直前进，实现了自动探路的功能。

直到左右两个探测器同时遇到终点黑线条，小车自动停止。

图二电路板和两个马达图三电路板和光电耦合传感器（正反面）三、智能寻轨器的制作：图四调试（一）机械部分器材：（二）电路部分器材电路部分由：1、电池盒、2、开关、3、直流电动机、4、印刷电路板等组成。

（三）机械部分的组装1、装开关：用螺丝A把开关装在主架上。

2、装电动机：用螺丝A把电动机固定在主架上（左、右不同，不能搞错）。

3、组装印刷电路板、升降板和伸缩板（1）、组合升降板和伸缩板：把升降板插入伸缩板的滑槽内，用螺丝B把升降板和伸缩板组合在一起。

（2）、组装印刷电路板：用螺丝A把把印刷电路板固定在升降板的下面（元器件向地面），使三个发光二极管通过三个小孔伸到升降板的上面。

注意：印刷电路板上的元器件位置有变化。

（3）、安装伸缩板、升降板、印刷电路板组合：用螺丝B把伸缩板、升降板印刷电路板组合固定在车架上。

4、装主轮：装上主轮，并在轮槽中套上防滑圈。

智能寻轨器竞赛规则一、项目描述选手现场制作具有行驶功能的智能寻轨器并在规定的跑道上进行行驶比赛。

二、竞赛要求和方式（一）竞赛时选手自带未经处理、制作过的指定套材，样机不得带入，在指定赛场、按时独立完成制作和调试任务。

（二）现场制作和调试时间：制作：各组制作时间均为40分钟。

调试：各组调试时间均为10分钟。

（三）各参赛选手的赛场和序号，由电脑随机产生，赛前公告。

（四）智能寻轨器由3节五号电池供电，电池自备。

（五）制作赛必须现场制作，当场评比，只进行一轮竞赛。

（六）行驶赛是在制作赛的基础上进行调试后，进行两轮行驶。

（七）制作后被判为不合格的，不得参加行驶赛。

制作赛合格的选手在调试后统一参加行驶赛。

（八）选手自带焊接和制作工具（包括烙铁架），现场不提供工具、零配件和耗材，选手之间不得相互借用和调剂。

（九）电动工具（如电动、半自动螺丝刀、电钻等）不允许使用。

（十）制作使用的“模板”（即形同智能寻轨器，用于示意、辅助制作的器具）不得使用。

三、成绩判定（一）制作：现场制作，当场评定。

运动员制作完成智能寻轨器这一时刻为制作时间，时间精确到秒。

1、电子线路部份：焊接和安装工艺与“现场电子制作竞赛”要求相同（3只发光二极管除外），调节到具有识别黑色和白色的功能，并不得增减元器件或变动电子线路。

2、机械部份：套材安装符合图纸及说明书要求、不得少装螺丝及部件。

当场演示左右轮黑色停，白色转，指示灯能正常工作。

该智能寻轨器评为合格。

不符合上列条件之一者无成绩。

（二）行驶：在规定时间内将制作好的智能寻轨器进行调试后，由裁判安排顺序，在指定跑道上行驶，每当智能寻轨器尾轮通过一个分值区时，裁判员应唱出分值。

成绩按尾轮最后通过的分值记录，区域分最高为100分，前后间隔分值详见跑道示意图。

每位选手比赛两轮，取最好成绩为该选手行驶成绩。

1、跑道上黑色轨迹净宽1.5—2.0cm。

包含直行、大小左右弯，从55分开始，分段依次到达100分（满分区），经满分区后未能自动停车的，就进入减分区，减分区的分值依次为95、90和80分，依次逐减。

智能寻轨器科技训练计划一、指导思想科技教育是我校的特色发展项目，结合全面发展学生综合素质宗旨，注重提高学生科学素养，增强学生动手动脑能力。

充分发挥学生的特长，让学生有一技之长，繁荣校园文化，丰富学生生活，为学校发展尽力。

二、主要目标1、在往年成绩的基础上加大训练力度与训练效率，力争在本次比赛中能至少获得团体二等奖。

2、建设一个稳定的学生团体，从培养新加入学生开始，由老学员分别带上一名新学员，充分利用好内部资源，进一步完善梯队建设。

3、科技辅导员应做到虚心好学、积极进取，寻找最有效的教学方法与比赛技巧。

三、训练时间与地点时间：周一到周五的中午以及放学半小时，周日一天。

地点：寻规器科技实验室。

四、主要措施1、开展好招新工作，提高招新成员的招新要求。

比如，要学习好、爱动手、不迟到不拖拉、有上进心等等。

2.合理根据大概比赛任务进行各项目的训练时间安排，进行集中训练。

3、利用好团长等老成员，带好新进成员，减轻辅导员工作，集中精力做好比赛项目的训练工作。

4.辅导员制定周计划，并做好每日小结，每天定时检查是否完成指定目标，如未完成，则延长训练时间（告知学生家长何时接送）。

附录：（一）周计划周次学生目标辅导员目标是否完成备注第一周1.认识巡规器各零件，掌握拿车方式；2.了解各部件的功能，知其运作原理；3.学会基础调试；4.了解寻轨器比赛规则；5.遵守训练规则，保管好训练器材，配合辅导员训练顺利进行。

1.招收新成员；2.准备好往年还能运作的旧车，调试器，电池，集中起来给学生学习调试；3. 制定训练期间的规则。

第二周1.学会通过调试两侧灵敏度，知道如何让寻轨器左右偏转；2.尽量以慢速度完成跑道；3.所有人能通过第二道弯。

1.着手制作新车；2.调试寻轨器达到90分；3.严厉监督学生完成指定目标第三周1.所有人能达到85分；2.加快寻轨器的运行速度；3.能对寻轨器的各种偏离跑道或者停止的情况及时做出1.调试寻轨器达到100分；2.教会学生各种比赛技巧以及应对策略；相应的调整。

智能行李追踪器使用说明书一、产品介绍智能行李追踪器是一款高科技产品，它采用先进的定位技术和智能物联网技术，能够对您的行李进行实时跟踪和定位。

它的主要功能包括：行李定位、行李防丢、电子围栏、历史轨迹查询等。

二、产品外观智能行李追踪器外观小巧精致，轻便易携带。

其尺寸为10cm*5cm*2cm，重量不到100克，外壳采用环保材质，手感舒适，耐用。

三、使用步骤1. 下载APP：请在手机应用商店中搜索并下载“智能行李追踪器”APP。

2. 创建账户：在APP中注册并创建您的个人账户。

3. 绑定追踪器：打开APP并登录账户后，按照系统提示步骤将智能追踪器与您的账户进行绑定。

4. 激活智能行李追踪器：按下智能追踪器上的激活按钮，同时打开手机蓝牙功能，在APP上点击“扫描设备”按钮，将智能追踪器与手机进行配对。

5. 设置电子围栏：您可以在APP上设置一个安全范围，当行李超出该范围时，追踪器会向您发送警报通知。

6. 行李定位：无论您身在何处，只需要打开APP，即可实时查看行李的当前位置。

7. 行李防丢：当有人未经允许拿起您的行李时，智能追踪器会通过手机APP发送警报通知您。

8. 历史轨迹查询：您可以在APP上查询过去24小时内的行李轨迹，了解行李的具体移动路径。

四、注意事项1. 电池寿命：智能行李追踪器配备了高性能锂电池，可持续使用时间为7天。

请定期检查电池电量，并确保设备有足够的电量工作。

2. 设备保养：请勿将智能行李追踪器浸泡在水中，也避免暴露在极端温度下。

如果长时间不使用，请存放在干燥通风的地方，并定期开启设备以保持正常工作状态。

3. 使用范围：智能行李追踪器可在全球范围内使用，但请确保使用时手机和设备的蓝牙功能处于开启状态，并保持连接。

4. 隐私保护：智能行李追踪器会采集位置信息等个人数据。

我们承诺严格遵守相关法律法规，保护您的隐私安全，不会将您的数据用于其他商业目的。

五、客户服务如您在使用过程中遇到任何问题或有任何建议，欢迎随时联系我们的客户服务中心。

智能寻轨器的基本原理
安装在小车前面的两个光敏电阻是用于识别黑线用的，根据光敏电阻收到强反射光时输出低电阻值，收到弱反射光时输出高电阻值这一原理，可以把路面信息转化为电阻值的变化信息，再通过电机驱动电路将电阻值的变化转化为电压控制信号，控制三极管的导通与截至，最终控制电机的转动与停止。

若小车偏向左边，则左边的电机转，右边的电机不转，小车向右偏，最终保持小车两个传感器(光敏电阻)在黑线上，实现寻迹的功能。