自適應速度控制學步車

◆杭州市文新小學四（2）班 王希文

一、設(shè)計緣由

我有一個弟弟，已經(jīng)1歲多了，正在學走路。爸爸媽媽上班的時候，外公外婆照顧弟弟，可他們年紀大了，每天彎著腰陪弟弟練習走路實在吃不消。

弟弟有一輛學步車，每次他推的時候，都會因為重心不穩(wěn)而導致學步車突然加速向前沖，所以使用學步車的結(jié)果不是弟弟摔倒，就是學步車撞到墻了，最終學步車被打入了“冷宮”。我想，如果能設(shè)計一種能自動感應并控制速度的裝置，將它安裝在學步車上就好了，這樣既能訓練弟弟走路，又能減輕外公外婆的負擔，一舉兩得。于是，我利用現(xiàn)有的硬件和軟件對弟弟的手推式學步車進行改裝。

二、制作過程

1.設(shè)計制作主機裝置

我用Micro：bit及其MB拓展版robot：bit、鋰電池制成了自適應速度控制裝置。

2.固定主機裝置

如何將自適應速度控制裝置裝在學步車上呢？既不能破壞學步車的外立面，又要保證自適應速度控制裝置呈90°直立狀態(tài)，穩(wěn)固穩(wěn)定。為此，我花了不少心思。

觀察學步車的內(nèi)部結(jié)構(gòu)后，我用樂高科技小顆粒為自適應速度控制裝置搭建了一個穩(wěn)定的支架，然后利用卡槽將自適應速度控制裝置藏在學步車中，并通過直角支撐的方式將自適應速度控制裝置穩(wěn)穩(wěn)地立在學步車中。

3.設(shè)計制作減速裝置

幼兒小腦還沒有發(fā)育好，自我平衡控制能力欠缺，如果輪子突然停下來，幼兒因為慣性很容易摔倒，所以要想達到保護幼兒的目的，必須安全減速。那么如何對輪子實現(xiàn)安全有效的減速呢？這是自適應速度控制裝置的關(guān)鍵所在，于是我設(shè)計了幾種減速裝置：

（1）夾子型：需要減速時，以一定角度夾住輪子，以達到減速的目的。

（2）障礙物型：需要減速時，把障礙物推向地面，阻礙輪子前進，以達到減速的目的。

（3）摩擦型：需要減速時，通過橡皮圈增加輪子的摩擦力，達到減速的目的。

通過比較嘗試，我最后選擇了摩擦型減速裝置，用樂高EV3的橡皮零件做了一個較小的減速裝置。

4.固定減速裝置

通過各種嘗試，我將摩擦型減速裝置巧妙地安裝在兩個前輪的內(nèi)側(cè)上方，既不影響學步車的美觀，又不妨礙輪子正常轉(zhuǎn)動，還能在關(guān)鍵時刻起到有效的減速作用。

5.進行編程

我通過makecode平臺對主控裝置進行編程。

6.進行調(diào)試

在調(diào)試過程中，我遇到了3個問題，然后一一解決。

（1）加速度感應問題：如果將值設(shè)置得太大，不易感應幼兒的加速度，會導致裝置無法啟動保護功效；如果將值設(shè)置得太小，又會使整個裝置過于敏感，隨時處于保護狀態(tài)，無法正常使用。最后，經(jīng)過調(diào)試得出200左右的值是最適合的數(shù)值。

（2）減速裝置角度問題：在調(diào)試中，這個步驟我花了較長時間，因為兩個舵機的情況不一樣。通過一次次角度值的數(shù)據(jù)調(diào)整，最終我發(fā)現(xiàn)左輪舵機68°剛好控制橡皮條卡住輪子達到制動效果的位置，30°剛好控制橡皮條放開輪子的最佳位置，而右輪舵機20°剛好控制橡皮條卡住輪子達到制動效果的位置，40°剛好控制橡皮條放開輪子的最佳位置。

（3）減速裝置回收問題：加速度是一個瞬間改變的值，如果不加延時，可能剛剛觸發(fā)就因加速度值突變而取消了舵機制動，所以加延時強制2秒制動，可以達到更好的減速效果。

三、實物實地對比試驗

為了檢測自適應速度控制學步車的使用效果，我請弟弟進行試驗。

在自適應速度控制裝置沒有開啟前，弟弟推著學步車前行，因為走路跌跌撞撞，學步車受到推力作用突然向前沖，撞到了門框上。

沒有開啟自適應速度控制裝置前，弟弟走路時重心不穩(wěn)，導致學步車突然加速，很危險。

如果不是門框擋住了學步車，學步車一定會拽著弟弟向前沖。假如弟弟這個時候因為腳步跟不上而松手，那后果不堪設(shè)想。

開啟自適應速度控制裝置后，弟弟跌跌撞撞向前走，自適應速度控制裝置感應到危險加速度，立刻啟動減速裝置，通過減速裝置的運轉(zhuǎn)使學步車在弟弟的可控范圍內(nèi)，沒有向門框撞去，而是在減速后被弟弟繼續(xù)推著前行。

四、設(shè)計反思

自適應速度控制裝置對學步車起到了很好的控制作用，避免了弟弟在學走路時因為重心不穩(wěn)而導致學步車突然加速的現(xiàn)象發(fā)生。

在試驗中，我發(fā)現(xiàn)了一個問題：弟弟在推學步車的時候，學步車不能經(jīng)常沿直線前行，這也許是幼兒的平衡感、方向感不太好，推車的時候兩只手用力不均造成的。接下來，我將嘗試解決學步車方向偏移的問題，幫助弟弟更安全地學習走路。

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開啟自適應速度控制裝置后，弟弟學走路時，不再出現(xiàn)突然加速導致撞頭或摔倒的情況。