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。

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。

2023/2023学年第二学期校级学生竞赛暨科技节项目简介1.“电子技能操作”竞赛项目简介竞赛内容包括如下三部分：1、常用小家电检修根据工作任务书检查、维修指定旳小家电（电风扇、电饭锅）。

2、彩电检查（康佳T21SK026）根据电视旳声、光、像、色基本规定对指定旳彩电进行检查、调试，恢复彩电正常使用效果。

3、电子产品装配制作名称：SKD5声控LED旋律灯工作电压：3－4.5V外形尺寸：34*34MM电路功能：5只LED会伴随音乐或是其他声音旳节奏闪动起来，可放置于音响附近，让灯光为音乐伴舞！电路原理:SKD5声控LED旋律灯重要由电源电路，话筒放大电路，LED发光电路构成。

电源由J1输入，C1滤波供电路使用。

MK1将声音信号转化为电信号，经C2耦合到Q2放大，放大后旳信号送到Q1基极，由Q1驱动5只LED发光，声响越大，LED灯越亮。

按照电子产品和功能电路原理图，在赛场提供旳电路板上焊接及安装电子元器件及功能部件，完毕电子产品装配；实现电路功能。

2、“电子CAD”竞赛项目简介一、竞赛目旳PROTEL软件是PORTEL企业在20世纪80年代末推出旳电路行业旳CAD软件，它当之无愧地排在众多EDA （电子系统设计自动化）软件旳前面，是电路设计者旳首选软件。

它较早在国内使用，普及率也最高，几乎所有旳电路企业都要用到它。

学会使用该软件进行电子电路旳设计与绘制，有助于电子专业学生旳职业发展。

本次竞赛意在唤起学生对Protel DXP软件旳使用爱好，发掘学生中旳绘图高手。

二、参赛规定凡对电子CAD有爱好，并已学会使用Protel DXP2023软件绘制电路原理图、PCB图旳学生都可以报名参与。

三、竞赛规定1、比速度、比精确度在最短时间以至少旳错误完毕竞赛试题旳学生，排名靠前；2、比创意、比设计在同等条件下，谁旳PCB图设计既符合行业、企业原则又最有创意，谁获胜四、寄语欢迎大家踊跃参赛！3、“电子创新活动”竞赛项目简介一、竞赛旳目旳能沿着既定轨道行走旳车、能找出藏起来旳地雷、能用积木报警、能用积木做飞轮……想想都令人神往，赶紧加入我们吧——电子科技创新活动，本次竞赛既是我们旳能力角逐赛，更是展示我们旳创意、创新能力旳舞台，欢迎大家观摩、指导。

第一部分电路创新制作一、项目描述（一）项目1（电路创新设计）：初中和小学高段用全套“百拼电子世界”(基础包和加强包)在规定时间内，正确完成 4个现场指定电路的改造、创新及设计的实验，并显示电路的功能。

小学低段只用一套基础包现场完成5个现场指定电路的改造、创新及设计的实验，并显示电路的功能。

（二）项目2（现场电子制作）：用一套“百拼电子世界” (基础包和加强包)和当年的焊接套材在规定时间内，正确完成现场指定2套焊接件的制作，并按电路图要求正确显示电路的功能。

二、比赛办法（一）竞赛时，选手应在指定的时间里完成作品，由裁判员记录完成时间。

选手通过声、光、电等稳定地显示作品的效果，由裁判员判断结果正确或错误。

（二）严禁将通讯工具带入赛场，违者取消该选手所属队全部竞赛成绩。

（三）项目1每题6分钟、项目2每题15分钟。

三、判断电路创新设计正确与错误的规定凡不能按题意显示稳定的效果或虽能显示效果，但属下列条款之一者，均判为“错”：（一）拼装不平整、层次混乱、导线条或元器件在相邻层交叉,用软导线除外；（二）不会演示功能，无底板拼装；所有元器件和导线（软导线除外）超出底板；（三）元器件极性错误，或其他违背电子技术基本原理的；（四）使用无关元器件、不合理元器件、非指定元器件；（五）未用子母扣连接或子母扣连接不牢固、影响电路正常工作；（六）完成实验后未将开关切断；合上开关尚需作调整或调试后才能显示电路功能（需要调节才能显示电路功能的除外）；（七）在规定时间内不能完成电路的拼装；该题计时时间到后，再次触动、更改或增减元器件；（八）给予或接受别人帮助者；（九）不服裁判的判决，且不按申诉程序提出申诉，并严重影响竞赛进行者；（十）违反竞赛其它有关规定者。

四、现场电子制作竞赛评判规定：在现场电子制作竞赛中凡属下列情况之一者，均判为“错”：（一）在规定时间内不能完成电子制作；（二）不能持续、正常显示电路功能，违背了电子技术基本原理；（三）不按赛题中图纸和说明所规定的事项完成的电子制作，未使用现场规定的套材；（四）印刷电路板出现虚焊、搭焊，合理摇动电路板或单个元器件时电路功能显示受到严重影响；（五）元器件、印刷电路板引出导线和搭桥导线没有从无铜箔面插入线孔焊接，未剪去印刷电路板上过长的元器件引脚，印刷电路板引出导线颜色发生错误；（六）计时停止后，再次触动、调试电路；（七）给予或接受别人的帮助；（八）不服从裁判，且不按程序提出申诉，并严重影响竞赛进行者，违反锦标赛其他有关规定者。

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。

附件3：2021年全国青少年电子制作锦标赛网络预选赛竞赛规则第一部分电路创新制作一、项目描述（一）项目1（电路创新设计）：使用自带器材在规定时间内，根据题意，正确、快速地完成三个现场公布电路的设计、改造及创新，并正确演示电路的功能。

（二）项目2（现场电子制作）：使用项目1器材和本年的焊接套件在规定时间内，正确、快速地完成现场指定两个焊接套件的制作，并按图纸资料要求，正确演示电路的功能。

二、比赛办法（一）选手应在规定时间内完成作品，由各赛点裁判员记录完成时间（计时精确到秒）。

选手操作相关电路，使其稳定地演示作品的效果，由组委会裁判员根据赛点递交演示视频链接判断结果正确或错误。

（二）选手自带未经处理、制作过的竞赛器材（百拼除外）。

电路创新设计单题使用元器件及导线数量不超出器材清单数。

（三）现场电子制作项目标记位置和形状按照组委会总控所示，标记尺寸不小于2cm×2cm；记号须清晰可辨。

（四）项目1每题8分钟，项目2每题10分钟。

（五）U10组参赛选手，仅需参与项目1（电路创新设计）。

（六）比赛时不得向他人提供或接受他人帮助，违者取消相关人员竞赛成绩。

（七）比赛期间参赛选手严禁携带任何通讯工具，违者取消该赛点所有选手的比赛成绩。

（八）各赛点必须在比赛结束后2小时内将成绩录入，并将视频链接上传到系统。

超时未录入和上传的，视为自动放弃成绩。

三、判断“电路创新设计”正确与错误的规定凡不能按题意演示稳定的效果或虽能演示效果但属下列条款之一者，均判为“错”。

（一）拼装不平整、层次混乱、导线条或元器件在相邻层交叉，用软导线的除外。

（二）不会演示功能，无底板拼装；连接点或导线条超出底板。

（三）元器件极性错误或违背电子技术基本原理。

（四）底板范围内出现、使用无关元器件、不合理元器件、不符合竞赛要求的元器件。

（五）未用子母扣连接或子母扣连接不牢固或电路工作不稳定。

（六）报号前未将电源开关切断；未将电路作品完全遮盖；闭合电源开关尚需作调整或调试后才能演示电路功能（需要调节才能演示电路功能的除外）。

智能轨道型电力巡检机器人系统设计方案1、项目背景1.1传统的人工巡检难以适应发展要求目前电力公司对于所管辖的配电房、开关室，例行巡检每月1次，红外测温巡测每月1次，全部依赖于人工巡视作业。

在高负荷期间和有特殊保供电要求时，须增加巡检频次。

随着近年来电网飞速发展，生产人员不足和巡检工作量增加之间的矛盾日益突出，而运维一体化等工作在扩展业务范围的同时也给变电运维工作提出了更高的要求，在这样的形势下，传统的“人工巡检、手动记录”的巡检作业方式难以适应电力系统精益化、集约化的发展要求。

1.2 电力巡检机器人的研究意义重大电力安全巡检工作对保障电力安全生产至关重要。

除人工巡检以外，目前变电站/配电房内通常采用数量有限的固定传感器及固定监控摄像头进行监测，很难全面的、准确的、实时的检测并获得设备的运行状态。

变电站/配电房需检测变压器与高低压开关的运行状态及仪表面板读数，检测信息多。

通过智能轨道巡检机器人的应用，对减少工作量、提高操作维护效率和设备异常应急处理速度有明显的效果，主要体现在以下二个方面：一是大大降低操作维护人员工作台的强度。

二是缩短应急响应时间。

使用机器人检测系统后，可为操作维护人员提供远程视频，缩短处理时间。

智能轨道巡检机器人可在设备运转期间对设备进行多方位、多功能监测并做出及时预警，对保障电力设备正常运转，提高设备巡检效率与质量、减少巡检人员数量具有重要意义。

2、电力轨道式智能巡检机器人系统设计2.1项目目标本项目实现开关柜红外测温、局放检测、柜面及保护装置信号状态指示等的自动识别，继保室保护屏柜压板状态、空开位置、装置信号灯指示以及数显仪表的自动识别读数。

并且采用无缝滑环型导轨取电，实现24小时不间断巡视，也可自定义周期和设备进行特殊巡视。

智能轨道巡检机器人可沿轨道精确定位检测点，通过搭载的传感器采集设备参数、环境信息，实现视频监控、仪表的智能读表以及信息传输等功能，代替人工巡检方式，提高巡检效率和安全性，达到“自动化减人”的目的。