資源簡介

(共17張PPT)
第5課
搭建巡邏機器人
在電影作品中，常有無人車大顯神威的場面。在日常生活中和智能物流系統中，也開始出現無人車的身影。
了解巡線傳感器的工作原理。
應用巡線傳感器判斷路況。
應用單線傳感器自動巡線。
應用雙線傳感器自動巡線。
編寫程序控制機器人完成指定路線的巡邏任務。
學習任務：
認識巡線傳感器
常見的巡線傳感器有一個紅外發射器和一個紅外接受器，前者負責發出紅外線，后者負責接收紅外線。
紅外線反射原理：深色反射弱，淺色反射強。當地面為黑色，紅外線被吸收；當地面為白色，紅外線被反射。
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圖1
圖2
圖3
動手實踐1：連接與調試巡線傳感器
機器人小車底部有兩個紅外巡線傳感器（圖4），其中一個傳感器控制5X5
LED屏幕顯示檢測數據。檢測到白色區域，LED屏幕顯示1；檢測到黑色區域，LED屏幕顯示0。
操作步驟：
（1）搭建巡邏機器人先組裝小車部分，再將micro:bit插入擴張板接口（圖5），檢測硬件是否連接正常。
（2）測試場地：用大張白紙等材料設計明暗色彩對比明顯的測試場地。黑色線條寬度大于兩個巡線傳感器的距離，讓傳感器重復檢測機器人小車是否在黑線區域內（圖6）。
圖4
圖5
圖6
動手實踐1：連接與調試巡線傳感器
操作步驟：
（3）編寫并上傳測試程序：
1.編寫如圖所示程序，讓micro:bit重復檢測左側或右側端口數據，并顯示在LED屏幕中。
2.上傳程序，將小車放置到測試場地中，測試巡線傳感器是否能正常檢測出黑色線條和白色區域。
動手實踐2：設計單巡線傳感器的巡邏機器人
設計思路：
1.用一個巡線傳感器控制機器人制動巡線前進，不脫離黑線所在區域。
2.當巡線傳感器檢測到黑線的時候，左電機以一定的速度轉動，右電機停止不動或以明顯低于左電機的速度轉動；當巡線傳感器未檢測到黑線的時候，右電機以一定的速度轉動，左電機停止不動或以明顯低于左右機的速度轉動。
動手實踐2：設計單巡線傳感器的巡邏機器人
參考步驟操作：
1.編寫程序
為了方便觀察機器人運行情況，程序可以設置：按下按鈕A，小車開始巡線前進；micro:bit循環執行檢測巡線傳感器端口數據，并將數據顯示在屏幕中；關閉機器人小車電源，小車停止前進。
參考步驟操作：
2.測試巡邏機器人
上傳程序，將機器人小車放置到測試場地上，接通電源，按下按鈕A，測試機器人小車是否能自動巡線前進。
實踐創新：
上述所搭建的巡邏機器人雖然能夠實現自主前進，但遇到障礙物時不會自動停止前進，請結合超聲波傳感器、LED燈等器材讓巡邏機器人遇到障礙物時會自動停止前進。
制作智能巡邏機器人
僅用一個巡線傳感器的巡邏機器人只能一扭一扭地前進，速度比較慢，并且不能識別終點線，這還不能滿足社區居民對社區巡邏的需求。
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動手實踐3：設計雙巡線傳感器的巡邏機器人
解決巡邏機器人升級問題思路：
一、不同情形巡邏所用的黑線寬度不同。
情形1.兩個傳感器都能識別黑線，說明機器人可以前進，圖1；
情形2.左轉傳感器識別到白色，右傳感器識別到黑色，說明左電機需要轉動，右電機需要停止，圖2；
情形3.左轉傳感器識別到黑色，右傳感器識別到白色，說明左電機需要停止，右電機需要轉動，圖3；
情形4.兩個傳感器都能識別白線，說明機器人已到達終點，應該停止前進，圖4。
圖1
圖2
圖3
圖4
動手實踐3：設計雙巡線傳感器的巡邏機器人
解決巡邏機器人升級問題思路：
二、現場測試巡邏機器人是否能完成巡邏任務，及時解決出現問題；
三、反復調試機器人小車巡線前進的電機速度，讓機器人小車不僅能穩定巡線前進，還能以更快的速度完成巡邏任務。
動手實踐3：設計雙巡線傳感器的巡邏機器人
參考步驟：
1.搭建機器人小車
取出機器人小車相關零件，搭建一輛由micro:bit控制的巡邏機器人小車。
2.黑色區域識別測試
（1）用數據線連接micro:bit和計算機。
（2）打開Mind+編程平臺，將編程模式切換到“上傳模式”，編寫并上傳測試程序。
（3）將機器人小車放置在測試場地上，按下按鈕A，測試小車在黑色區域是否能正常進行。
動手實踐3：設計雙巡線傳感器的巡邏機器人
參考步驟：
3.白色區域識別
如果巡線傳感器均能正確識別黑色區域，優先測試兩個傳感器時候能同時識別白色區域，讓機器人小車停止前進。
（1）編寫程序
（2）將機器人小車放置在測試場地黑線上，按下按鈕A，機器人小車往前走，測試機器人小車上的2個巡線按傳感器同時遇到白色區域，機器人小車是否停止前進。
動手實踐4：編寫程序控制機器人完成指定路線的巡邏任務
1.
當左巡線傳感器識別到白色，右邊巡線傳感器識別到黑色，說明機器人前進方向偏左，需要向右修正，此時左電機轉動，右電機停止轉動。反之，當左巡線傳感器識別到黑色，右邊巡線傳感器識別到白色，說明機器人前進方向偏右，此時左電機停止轉動，右電機轉動。
參考程序：
動手實踐4：編寫程序控制機器人完成指定路線的巡邏任務
參考步驟：
2.將機器人小車放置在測試場地上，按下按鈕A，機器人小車開始巡線，根據實際情況調整左右電機的前進速度，直到機器人小車能正常巡線前進。
3.如果巡線場地中的黑線較細，小于兩個巡線傳感器之間的間距，則應該修改程序中的第一種情形和第二種情形。
實踐創新：
現實中的巡邏任務要求復雜得多，請結合現有傳感器，比如超聲波傳感器、溫濕度傳感器等，進一步提升巡邏機器人的巡邏能力。
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