创意机器人学习与研究——智能晾衣机器人

创意机器人学习与研究 ——智能晾衣机器人 高一（2）班 张 哲 曾 烨 指导教师 蓝 凌 一、课题背景 在2004年，我们加入了学校的机器人小组，并选择研究机器人创意这个项目。在经过长时间的讨论后，根据今年大赛的创意要求，我们决定研究设计一个智能晾衣机器人，并参加“广东省青少年机器人竞赛”的创意机器人项目。确定研究主题后，就针对智能晾衣机器人进行讨论，搭建，编程，最终在大赛里取得成绩。以下是针对研究过程中的几个比较重要的问题（如模型搭建，程序设计等）的研究学习过程。 二、研究课题的目的 通过学习，培养对身边事物的观察能力； 通过学习，培养创新精神 通过学习，加强对机器人这种前沿科技的了解，以及培养和提高对事物研究的能力； 通过实践，增强思考能力和动手能力； 通过实践，培养团体协作精神； 通过实践，把在课堂知识运用到机器人的搭建当中，达到理论与实际相统一； 经过一番努力，在全省、全国举行的机器人制作大赛中取得好的成绩,为校争光。 三、课题研究的方法 （1）课题研究的具体方法 1观摩过去队员的成果，以及上网查询资料，充分了解创意机器人的创作理念和制作要领 2发挥想象，想出几个比较有研究价值的创意方案 3小组讨论，确定研究对象，选出一个最适宜的方案进行研究 4经过反复实践，搭建出机器人模型 5编写程序 6不断试验，保证机器人能完成所给出的指令 7后期的完善 （2）课题研究的时间.地点和人员 时间：2018年9月到2019年9月 地点：广东北江中学电教楼 人员：广东北江中学机器人小组高中创意组 学生：张 哲、曾 烨 指导老师：蓝 凌 四、课题研究的过程 （1）创意机器人作品的由来 在仔细阅读了今年机器人大赛的参赛规则和创意核心之后，我们开始思考，应该设计一个怎样的机器人，今年主要是设计工程学的机器人，而且今年大赛的主题是来源于生活，服务于生活。我们根据这样的理念，想了以下三款机器人的设计方案： 1.智能晾衣机器人 这款机器人能改变传统的晾衣方式所造成的诸多弊端，使晾晒衣服更加方便，智能化，同时也使家居生活的效率和质量有所提高，除了晾晒衣服，还能完成很多额外的功能。如智能观测日照情况并做出相应措施，智能烘干等等。 2.2008智能机场迎宾系统 这款机器人是一个完整的，系统的迎宾设施，可以代替人力接待外宾，并完成从机场到宾馆的所有接待任务，特别是在2008北京奥运的时候，能够为来参加北京奥运的中外朋友们提供更良好的服务。 3.智能多车道运河桥 这款机器人应用于运河或有船只停靠的海港，在没有船只通过时，分为上下各两条共四条车道，而当有船只经过时，上层两条车道向两边移开，下层向上抬高至与上层水平，方便船只通过。这样即充分空间，又不妨碍码头的正常营运。 对于这三款机器人，都有各自的闪光之处，究竟如何取舍，我们经过了一番讨论。通过讨论，我们认为，第2款机器人虽然用途很实际，对国家也是意义重大，能够充分体现我国的服务之周到，科技之发达，但是在一些细节之处却未能照顾周全，对于突发情况也不能随机应变，而且构思也不够创新，制作相对简单；而第3款机器人，在有限的LOGO积木材料下很难完成，其中的技术问题比较难以解决，加之要对应不同港口，不同地貌，则一些具体的情况也不同，技术上有一定的难度，实用性也是一个问题；而第1款机器人，结合工程学，机械原理和人工智能技术，非常实用，贴近老百姓的生活，真正解决日常家居生活中的问题，非常有研究价值，在现有的条件下也可以完成，所以，我们最后决定采取第一个方案，做智能晾衣机器人。 （2）机器人制作的过程 1.所需材料 LOGO机器人配件，中鸣马达，纸箱，泡沫塑料，吹塑纸，布料 说明：我们用纸箱等材料做了一个模拟的家居阳台，以便更直观地感受到机器人的用途。 2.制作过程 a.基本结构 在制作的时候，我们尝试过很多形式，曾经试过将机器人做成悬挂式的，安置在模拟的天花板上，可是效果并不理想，最后我们把这个机器人的基本结构做成落地式的，由一个底板和两侧的塔式支柱构成。 b.旋转结构 我们将晒衣杆做成一个矩形的框架结构，用钟鸣马达带动其旋转。（如图） c.伸缩结构 这个结构是整一个机器人的核心部分，是最重要的功能所在。我们在其中一侧的支柱的上端安装了一条槽，在旋转结构的马达上连接一条带锯齿的LOGO积木条，并使其能在槽上来回顺畅地滑动，并在支柱顶端安放一个LOGO马达，在马达上套一个齿轮使其与带锯齿的LOGO积木条相吻合，从而用LOGO马达带动旋转结构来回移动，达到我们所要求的功能。（如图） 为了使它的伸缩更平稳，我们在另一侧的支柱上同样安装了一条槽，将齿轮与矩形框架的另一端相连，在槽里铺上锯齿。但后来经过反复的实验，为了使晒衣架的滑出更为流畅，便将槽上的齿轮改为了光滑表层。（如图）(注：图一为原来的方案，图二为后来的方案) d.风干和烘干系统 在两侧支柱的中间偏上的部位，分别安装了一个LOGO马达，用来控制圆形的风干装置，而在其中一侧支柱与风干装置水平的位置，安了一个LOGO专用的灯泡，表达烘干装置的效果。该装置将根据所给程序的指令完成相应的功能。（如图） e. 其他 为了方便操控，还安装了两个触动传感器，同时为了读取太阳光值的数据，在一条的槽的尽头靠外的一端安装了一个光学传感器。 最后完成的机器人模型如下：（如图） （3）程序介绍 我们来看看程序编写的情况： 1．我们是运用ROBOLAB软件来进行编程的。这是一种图形化编程软件（也可称为G语言），因而减免了运用诸如BASIC、PASCAL等语言所带来的困难，从而只须掌握一百多种图片的功能、图片的各种运用方法和场合以及实际操作中机器人所要拥有的效果即可。 2. 编写程序的过程及其简介 1)晒衣杆旋转程序的编写 这需要用到2个触动传感器判断，按下1号触动传感器，马达就可以带动晒衣杆向一个方向旋转，按下2号触动传感器就会向另一方向旋转； 2)晒衣架伸缩程序的编写 开始我们又用了一个触动传感器判断，并使用了容器赋值的方法：容器清零后，第一次按下3号触动传感器，马达旋转一段时间后停止，同时容器赋值为1，那么晒衣架就伸了出来；再按一下触动传感器，程序判断容器值，当值为1时，马达就与之前反向旋转一段时间停止，晒衣架就收了回来，然后容器赋值为0，如此循环即可； 3)智能操控程序的编写 首先要用到一个光学传感器判断，给它赋一个值（该值由具体情况确定），就可以用来判断屋外的天气情况了： 当阴天就要下雨时，光学传感器测得的光值就会降低，光值一低于原来赋的值，容器马上进行判断，若容器值为1，即晒衣架伸了出来，那么马达立即旋转将晒衣架收回同时烘干与风干程序马上执行；若容器值为0，即晒衣架未伸出，则不动。 当晴天时，光学传感器测得的光值上升，光值一高于原来赋的值，容器又立刻进行判断，若容器值为0，那么晒衣架就会伸出来，若容器值为1，晒衣架已经伸出，则不动。 如此就实现了机器人的手动工作模式与智能操控模式的结合。