自適應(yīng)速度控制學(xué)步車(chē)

王希文

一、設(shè)計(jì)緣由

我有一個(gè)弟弟，已經(jīng)1歲多了，正在學(xué)走路。爸爸媽媽上班的時(shí)候，外公外婆照顧弟弟，可他們年紀(jì)大了，每天彎著腰陪弟弟練習(xí)走路實(shí)在吃不消。

弟弟有一輛學(xué)步車(chē)，每次他推的時(shí)候，都會(huì)因?yàn)橹匦牟环€(wěn)而導(dǎo)致學(xué)步車(chē)突然加速向前沖，所以使用學(xué)步車(chē)的結(jié)果不是弟弟摔倒，就是學(xué)步車(chē)撞到墻了，最終學(xué)步車(chē)被打入了“冷宮”。我想，如果能設(shè)計(jì)一種能自動(dòng)感應(yīng)并控制速度的裝置，將它安裝在學(xué)步車(chē)上就好了，這樣既能訓(xùn)練弟弟走路，又能減輕外公外婆的負(fù)擔(dān)，一舉兩得。于是，我利用現(xiàn)有的硬件和軟件對(duì)弟弟的手推式學(xué)步車(chē)進(jìn)行改裝。

二、制作過(guò)程

1.設(shè)計(jì)制作主機(jī)裝置

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

2.固定主機(jī)裝置

如何將自適應(yīng)速度控制裝置裝在學(xué)步車(chē)上呢？既不能破壞學(xué)步車(chē)的外立面，又要保證自適應(yīng)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(guān)察學(xué)步車(chē)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)后，我用樂(lè)高科技小顆粒為自適應(yīng)速度控制裝置搭建了一個(gè)穩(wěn)定的支架，然后利用卡槽將自適應(yīng)速度控制裝置藏在學(xué)步車(chē)中，并通過(guò)直角支撐的方式將自適應(yīng)速度控制裝置穩(wěn)穩(wěn)地立在學(xué)步車(chē)中。

3.設(shè)計(jì)制作減速裝置

幼兒小腦還沒(méi)有發(fā)育好，自我平衡控制能力欠缺，如果輪子突然停下來(lái)，幼兒因?yàn)閼T性很容易摔倒，所以要想達(dá)到保護(hù)幼兒的目的，必須安全減速。那么如何對(duì)輪子實(shí)現(xiàn)安全有效的減速呢？這是自適應(yīng)速度控制裝置的關(guān)鍵所在，于是我設(shè)計(jì)了幾種減速裝置：

（1）夾子型：需要減速時(shí)，以一定角度夾住輪子，以達(dá)到減速的目的。

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

（3）摩擦型：需要減速時(shí)，通過(guò)橡皮圈增加輪子的摩擦力，達(dá)到減速的目的。

通過(guò)比較嘗試，我最后選擇了摩擦型減速裝置，用樂(lè)高EV3的橡皮零件做了一個(gè)較小的減速裝置。

4.固定減速裝置

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

5.進(jìn)行編程

我通過(guò)makecode平臺(tái)對(duì)主控裝置進(jìn)行編程。

6.進(jìn)行調(diào)試

在調(diào)試過(guò)程中，我遇到了3個(gè)問(wèn)題，然后一一解決。

（1）加速度感應(yīng)問(wèn)題：如果將值設(shè)置得太大，不易感應(yīng)幼兒的加速度，會(huì)導(dǎo)致裝置無(wú)法啟動(dòng)保護(hù)功效;如果將值設(shè)置得太小，又會(huì)使整個(gè)裝置過(guò)于敏感，隨時(shí)處于保護(hù)狀態(tài)，無(wú)法正常使用。最后，經(jīng)過(guò)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(wèn)題：在調(diào)試中，這個(gè)步驟我花了較長(zhǎng)時(shí)間，因?yàn)閮蓚€(gè)舵機(jī)的情況不一樣。通過(guò)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(jī)68°剛好控制橡皮條卡住輪子達(dá)到制動(dòng)效果的位置，30°剛好控制橡皮條放開(kāi)輪子的最佳位置，而右輪舵機(jī)20°剛好控制橡皮條卡住輪子達(dá)到制動(dòng)效果的位置，40°剛好控制橡皮條放開(kāi)輪子的最佳位置。

（3）減速裝置回收問(wèn)題：加速度是一個(gè)瞬間改變的值，如果不加延時(shí)，可能剛剛觸發(fā)就因加速度值突變而取消了舵機(jī)制動(dòng)，所以加延時(shí)強(qiáng)制2秒制動(dòng)，可以達(dá)到更好的減速效果。

三、實(shí)物實(shí)地對(duì)比試驗(yàn)

為了檢測(cè)自適應(yīng)速度控制學(xué)步車(chē)的使用效果，我請(qǐng)弟弟進(jìn)行試驗(yàn)。

在自適應(yīng)速度控制裝置沒(méi)有開(kāi)啟前，弟弟推著學(xué)步車(chē)前行，因?yàn)樽呗返沧?，學(xué)步車(chē)受到推力作用突然向前沖，撞到了門(mén)框上。

如果不是門(mén)框擋住了學(xué)步車(chē)，學(xué)步車(chē)一定會(huì)拽著弟弟向前沖。假如弟弟這個(gè)時(shí)候因?yàn)槟_步跟不上而松手，那后果不堪設(shè)想。

開(kāi)啟自適應(yīng)速度控制裝置后，弟弟跌跌撞撞向前走，自適應(yīng)速度控制裝置感應(yīng)到危險(xiǎn)加速度，立刻啟動(dòng)減速裝置，通過(guò)減速裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)使學(xué)步車(chē)在弟弟的可控范圍內(nèi)，沒(méi)有向門(mén)框撞去，而是在減速后被弟弟繼續(xù)推著前行。

四、設(shè)計(jì)反思

自適應(yīng)速度控制裝置對(duì)學(xué)步車(chē)起到了很好的控制作用，避免了弟弟在學(xué)走路時(shí)因?yàn)橹匦牟环€(wěn)而導(dǎo)致學(xué)步車(chē)突然加速的現(xiàn)象發(fā)生。

在試驗(yàn)中，我發(fā)現(xiàn)了一個(gè)問(wèn)題：弟弟在推學(xué)步車(chē)的時(shí)候，學(xué)步車(chē)不能經(jīng)常沿直線(xiàn)前行，這也許是幼兒的平衡感、方向感不太好，推車(chē)的時(shí)候兩只手用力不均造成的。接下來(lái)，我將嘗試解決學(xué)步車(chē)方向偏移的問(wèn)題，幫助弟弟更安全地學(xué)習(xí)走路。