乐高机器人兼FLL竞赛班02(颜色传感器的使用)

团队训练活动迷你挑战介绍：本指南可以作为教练指导队员进行编程训练的手册，本指南能够让队员学习到以下技能：使用时间控制机器人前进、停止、转弯。

测试和修改程序，能按照队员的想法来运行。

将多个任务的程序合并到一起。

测量光电传感器、角度传感器的值。

机器人基于传感器的一些动作，比如说机器人碰到黑线或者墙壁。

重复执行程序，比如沿黑线运动。

使用角度传感器代替计时的方法提高机器人运行的精度和稳定性。

经过这些基本训练以后，将发挥你自己的创造力，完成以下这些技能的训练使用两个光电传感器进行编程在程序中使用多任务方法使用变量进行编程给会转弯的机器人编程在程序中使用多种传感器这些迷你挑战是在这是训练FLL挑战项目前，针对新学生的一项基本训练活动，通过这些基本活动，让学生对机器人编程，机器人搭建有一个基础的掌握，教练员可以利用这些挑战项目来引导学生。

训练这些挑战，你可以在FLL赛台上进行（不要把FLL模型放上去），然后你还需要准备如下道具：z卷尺z黑胶带z障碍物要通过这些迷你挑战项目引导、训练你的队伍，你需要对机器人套装（RCX或NXT）有一个基本的了解，但是更重要的是，当你不知道某个问题的解决方案时，你也要通过提出合适的问题来引导你的队员。

举个例子：如果队员正在做一辆转弯的车子，但是你不知道如何去做，你可以这样提问：“小车直走和转弯有什么区别，用手移动机器人，马达需要怎么转动才能让机器人转弯“你可以参考教练员手册第四章-机械和材料知识，了解相关的知识。

开始挑战：该组迷你挑战将会教你如何进行基础的编程，使用时间控制小车前进、停止、后退等动作，修改、测试你的程序，直到程序按照你的想法运行。

将机器人的多个动作合并到 一个程序里。

搭建一个练习机器人搭建一个由两个电机独立驱动的小车，可以直线运动，也可以转弯。

搭建参考步骤可以参考：9 RCX 套装或者NXT 套装中的搭建手册9 NXT 编程软件教育版在线课堂或NXT 编程指南（这里提供下载的连接）附录中的搭建步骤9 RCX ROBOT SHOOTER 搭建步骤（这里提供下载的连接）给你搭建好的机器人编写一个程序，让它能够前进三秒后停止给你搭建好的机器人编写一个程序，让它能够前进1米后停止在这个挑战中，使用子程序/自定义模块将这段程序合并为一个子程序例如把这段程序命名为gostrait给你搭建好的机器人编写一个程序，让它能够转弯90度并停止在这个挑战中，使用子程序/自定义模块将这段程序合并为一个子程序例如把这段程序命名为turn90给你搭建好的机器人编写一个程序，让它能够前进1米后，转弯90度并停止将上面两个子程序合并，形成一段完整的任务给你搭建好的机器人编写一个程序，让机器人走一个正方形，并返回到起点将上面两个子程序合并，形成一段完整的任务使用光电传感器进行编程挑战该组挑战将使用光电传感器进行挑战，这个传感器在FLL挑战里经常会用到，这里会教你基于光电传感器的一些基本动作，以及循环的使用在机器人上面增加一个光电传感器安装可以参考：9RCX套装或者NXT套装中的搭建手册9NXT编程软件教育版在线课堂或NXT编程指南（这里提供下载的连接）附录中的搭建步骤9RCX ROBOT SHOOTER搭建步骤（这里提供下载的连接）查看光电传感器的值ArrayRCX查看方法：NXT查看方法：编写程序让机器人前进碰到黑线停止光电传感器安装好后，打开光电传感器，并将它放到黑色和白色中间，所测到的值将用到程序里作为黑色和白色的临界值。

机器人超级轨迹赛光电传感器使用注意事项光电传感器介绍：光电传感器有两个灯头，一个发射光线，一个接收光线。

当光线照射到物体表面时，发射的光线被接收头接收，转化为电信号在主控器上处理。

主控器处理后得到0~4096范围的值，数值越大，接收到的光线越强。

在实际应用中，当光线分别照射在白色面和黑色面上，白面上反射的光会比黑面上的强的多。

因此可以用控制器上得到的光电传感器的数值来区分黑白，实现识别黑线，进而巡线。

其中区分黑白的值，通常称为阈值，光电传感器识别黑线注意事项：1、阈值设定在超级轨迹赛的程序中，阈值使用的是扫描到的最大值和最小值的平均值。

运行扫描后，对应端口的阈值存储在：主控器界面→数据修改→E001- E005，分别对应P1-P5各个光电的阈值。

在实际运行走线程序不正常时，可以适当修改这些数值来让车子走的更好。

例如：程序：遇线停止，设置5号光电停。

实际表现：在路口处车子冲线。

分析：在路口处，没有发现到黑线。

原因：读取的黑色光电值>设定阈值，进入数据修改功能，增加E005的值。

数据修改操作示意图2、光电传感器的干扰实际运行时，对光电的读值产生影响的情况以及解决方法：（1）环境光→车子做好结构遮光处理，同时做好调试环境窗户的遮光处理（切勿暴露在室外光下）。

（2）场地褶皱→平整场地。

（3）场地杂物→清除场地上的杂物和脚印等。

（4）光电传感器没装好→调整好传感器的位置。

（5）场地任务干扰→对对应的任务采取相应的程序处理。

3、车子走线异常实际运行时，异常情况以及解决方法：（1）使用走线程序，车子不走线→检查程序是否出错，设置好阈值。

（2）使用走线程序时，车子抖动厉害→设置好各个光电的阈值，使用控制器光电检测功能检测光电传感器是否异常。

（3）使用走线程序时，路口无法发现黑线→检查程序是否出错，调整好路口光电的阈值。

（4）车子行走稳定性不好，成功率不高→处理好光电干扰项，尤其是环境光和场地，同时适当调整光电阈值。

FLL为全球最大的乐高比赛，面向青少年，今年这个比赛引入到中国。

这篇文章详细介绍了比赛的软硬件。

希望对参赛选手有所帮助。

FLL技术指南（一）硬件（即车体结构）1a、观察：统观九项任务，其中机器人必须是可灵活转向的，同时准确定位是关键。

1b、解决：1. 需要两个马达驱动以便灵活转向；2. 两个光电传感器识别场地上的黑线标示来准确定位。

为避免外界光干扰，将光感并列安装在底部，确保两个红外发射灯在同一水平线上。

如图一。

（若用一个光感，结构要求相对更加严密）。

图一图二?2a、观察：任务1、任务2、任务4、任务5、任务8皆有可能需要机器人碰撞来完成，故机器人需要有较为牢固的地盘，以适应各种恶劣的环境。

2b、解决：1. 需要齿轮传输以增强力矩；2. 需有便于安装齿轮的基架——四根长梁并排构成长型齿轮箱。

如图二。

3a、观察：任务9中，机器人需要翻越“陨石坑”，机器人的前端不能做的很方正，最好上翘结构。

在翻越时最好有动力在后下方驱动为佳。

3b、解决：根据坦克原理我们决定用履带驱动，并用四个轮毂做成前后翻翘结构，以便上攀下滑，如图三。

履带结构对于任务一也有利。

在后部使用两个辅助动力轮，在机器人上攀时顺势驱动。

如图四。

?图三图四?4a、观察：定距离前进、转向时，若用时间来度量有很大的偶然性，例如：电池电量的不稳定、初始位置的不同等因素。

4b、解决：在一侧轮子上按装了角度传感器，（规则只允许用一个），安装时为了提高分辨率（控制的精度）采用1：2加速。

如图五。

图五图六5a、观察：1. 执行任务时，需要知道是否已接触到目标，且考虑是否准确触及目标；2. 横向定位不容易做到，线条较细不易采集。

5b、解决：1. 在车前安装一触感，并且使用一个大的平板作为“触角”。

如图六，触感在平板后面。

这样一方面可以弥补行进的偏差，确保大面积触到目标；另一方面可为小车作横向运动的校正，拟用“顶墙”的方式修正车的方向（场地四周有墙壁）。

2. 触感与一个光感并联，用值“100”来区分。

FLL机器人挑战赛主题与规则1 FLL机器人挑战赛简介FLL机器人挑战赛是一项青少年国际机器人比赛项目。

要求参加比赛的代表队自行设计、制作机器人并进行编程。

参赛的机器人可在特定的竞赛场地上，按照一定的规则进行比赛。

在中国青少年机器人竞赛中设置FLL机器人挑战赛的目的是激发我国青少年对机器人技术的兴趣，为国际FLL机器人挑战赛选拔参赛队。

2 竞赛主题本届FLL挑战赛的主题为“食品安全”。

民以食为天，我们每天都离不开食品。

在原料生产、食品加工、包装、流通、销售等众多环节中，隐藏着许多不安全因素，你都清楚吗？食品安全问题有些是在我们不经意的情况下发生的，有些则是人为的。

近年来频发的食品安全事件应该引起我们对食品安全问题的足够重视了！在“食品安全”机器人比赛中，你的机器人的任务是提醒人们在进食之前避免和处理污染。

3 比赛场地与环境3.1 场地图1是比赛场地。

图1 比赛场地3.2 赛台3.2.1 赛台是进行机器人比赛的地方。

3.2.2 单个赛台的内部尺寸长为1143mm、宽2362mm，四周装有边框，高为100mm，如图2所示。

边框内侧为黑色，所有外侧和内侧边框均采用防火板。

3.3.3 场地底板上铺有亚光场地膜，底色为白色。

场地膜上画有基地，比赛用的部分模型则布置在场地膜上。

场地膜（含黑边）的尺寸为1140mm、宽2356mm。

场地膜紧贴北面和东面的边框。

3.2.4 比赛时两张赛台背靠背放在一起，如图2所示。

两支参赛队各占一张赛台。

参赛队员面向赛台时，赛台左西右东。

3.2.5 场地上物品较多，比赛期间，参赛队和裁判员要共同维护好场地的秩序。

参赛队可以把基地内当前不动或机器人不用的物品放到基地外，只要这个动作不具有任何策略性。

物品也可由赛台旁两名队员之一拿在手里或在盒子里。

如因其它原因而非机器人的动作使模型断裂、失效、移动或被激活，如果可能，裁判员应尽快将它恢复。

3.3 基地场地膜的西南角有一块基地。

基地是垂直向上延伸的基地区周边（包括边框的内表面）和一个40cm高的虚拟天花板组成的盒子，如图3所示。

乐高机器人巡线原理1.乐高机器人：这是整个系统的核心部分。

乐高机器人通常由一个中央控制器组成，该控制器上连接了各种传感器和执行器。

中央控制器用来接收和处理传感器的数据，并输出相应的信号来控制执行器的动作。

2.巡线传感器：这是乐高机器人巡线的关键部分。

巡线传感器通常是一种光电传感器，用于检测地面上的颜色变化。

巡线传感器通常由一个发光二极管（LED）和一个光敏电阻组成。

LED会发射出红外线，当红外线照射到地面时，光敏电阻会检测到反射回来的光线的强度，从而判断轨道的颜色。

3.控制算法：乐高机器人巡线需要使用一定的控制算法来判断巡线传感器的信号，并做出相应的决策。

控制算法通常采用一种简单的状态机来实现，根据巡线传感器的信号进行相应的状态切换和动作控制。

例如，当巡线传感器检测到黑线时，机器人会向相反方向转向或停止。

4.执行器：执行器是机器人的动作执行部分。

它们用于根据控制器的信号来控制机器人的移动和转向。

执行器通常由电动马达或舵机组成，可以根据控制器的信号来驱动机器人的轮子或转向系统。

1.启动机器人：首先，通过控制器的开关将机器人启动。

此时机器人处于待命状态，等待接收传感器的数据。

2.读取传感器数据：控制器会定期读取巡线传感器的数据。

巡线传感器会发射红外线，并通过光敏电阻检测反射回来的光线的强度。

根据光线的强度，控制器可以判断出轨道的颜色和位置。

3.分析传感器数据：通过分析巡线传感器的数据，控制器可以确定机器人当前所处的状态。

比如，如果巡线传感器检测到的颜色是黑色，控制器可以判断机器人偏离轨道，需要进行相应的调整。

4.判断动作：根据巡线传感器的数据和机器人的当前状态，控制器可以决定机器人接下来应该采取的动作。

例如，如果机器人偏离轨道，控制器可以发送信号给执行器，让它们驱动机器人向相反方向转动，使机器人重新回到轨道上。

5.执行动作：执行器根据控制器的信号来驱动机器人进行相应的动作。

例如，如果控制器指示机器人向相反方向转动，执行器会控制机器人的轮子或转向系统进行相应的转动。

nxt(乐高)中文教程一、教学内容本节课的教学内容选自《NXT(乐高)中文教程》第一章第四节，主要介绍如何使用NXT的传感器和执行器进行简单的编程控制。

具体内容包括：温度传感器的使用、触摸传感器的使用、电机的基本控制和传感器数据的读取与显示。

二、教学目标1. 学生能够理解NXT的基本组成部分及其功能。

2. 学生能够掌握温度传感器和触摸传感器的使用方法。

3. 学生能够通过编程控制电机实现基本运动。

三、教学难点与重点重点：NXT的基本组成部分及其功能、温度传感器和触摸传感器的使用方法、电机的基本控制。

难点：传感器数据的读取与显示、编程控制电机实现复杂运动。

四、教具与学具准备教具：NXT套件、电脑、编程软件。

学具：每位学生一台NXT套件、每组一台电脑、编程软件。

五、教学过程1. 实践情景引入：让学生观察并描述NXT的外观和组成部分。

2. 知识点讲解：介绍NXT的基本组成部分及其功能，如电机、传感器、触摸屏等。

3. 例题讲解：示范如何使用温度传感器和触摸传感器进行编程控制。

4. 学生动手实践：让学生分组进行编程实验，使用温度传感器和触摸传感器控制NXT的运动。

5. 随堂练习：让学生编写程序，实现使用传感器数据控制NXT的运动。

6. 知识拓展：介绍如何使用编程软件进行电机控制和传感器数据的读取与显示。

六、板书设计板书内容：NXT基本组成部分及其功能、温度传感器和触摸传感器的使用方法、电机的基本控制。

七、作业设计1. 请用编程软件编写一个程序，实现使用温度传感器控制NXT的运动。

答案：根据温度传感器的数据，控制NXT的电机进行相应的运动。

2. 请用编程软件编写一个程序，实现使用触摸传感器控制NXT的运动。

答案：根据触摸传感器的状态，控制NXT的电机进行相应的运动。

八、课后反思及拓展延伸本节课学生掌握了NXT的基本组成部分及其功能，能够使用温度传感器和触摸传感器进行编程控制。

但在传感器数据的读取与显示方面，部分学生仍存在困难，需要在课后加强练习和指导。