風(fēng)雨橋巡線機(jī)器人的制作

一、設(shè)計(jì)緣起

風(fēng)雨橋是廣西的標(biāo)志性建筑之一，入選“世界十大最不可思議橋梁”。其不可思議之處是全橋不使用一釘一鐵，建造者在橋柱上鑿出無(wú)數(shù)個(gè)大小不一的孔眼，再用木料鑿榫銜接。為了便利游客，讓更多游客了解風(fēng)雨橋，我（許鈺佳）、許安俊和史明亮三人決定制作一個(gè)為游客自動(dòng)講解風(fēng)雨橋的巡線機(jī)器人。

二、指導(dǎo)老師與設(shè)計(jì)者介紹

林土淇，南寧市位子淥小學(xué)科技總輔導(dǎo)員。榮獲2019年南寧市青少年愛(ài)科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)“表現(xiàn)突出組織工作者”榮譽(yù)稱號(hào)、2016首屆青少年創(chuàng)客活動(dòng)暨第七屆青少年機(jī)器人活動(dòng)“優(yōu)秀教練員獎(jiǎng)”。

許鈺佳，五年級(jí)，負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)巡線機(jī)器人的程序，組裝、搭建模型。

許安俊，四年級(jí)，負(fù)責(zé)搭建風(fēng)雨橋模型和美化風(fēng)雨橋外觀。

史明亮，四年級(jí)，負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)、搭建風(fēng)雨橋模型。

三、需要材料

KT板底面1個(gè)、數(shù)字雕刻機(jī)1個(gè)、顏色傳感器1個(gè)、主控1個(gè)、巡線軌一條、電池1個(gè)、電機(jī)2個(gè)、光電傳感器4個(gè)、機(jī)器人積木若干個(gè)、連接線若干條。

四、科創(chuàng)過(guò)程

第1步：實(shí)地觀察風(fēng)雨橋。

我們?nèi)硕紱](méi)有實(shí)地觀察過(guò)風(fēng)雨橋，對(duì)風(fēng)雨橋的構(gòu)造、所用木料、建造原理等都沒(méi)有直觀的感受。我們?nèi)讼鹊綀D書(shū)館查閱了相關(guān)書(shū)籍，然后在林老師帶領(lǐng)下到相思湖風(fēng)雨橋參觀，并觀察和記錄風(fēng)雨橋的建筑結(jié)構(gòu)和外觀線條特色。另外，據(jù)我們?nèi)擞^察，有的游客喜歡跟著導(dǎo)游游覽，有的游客則喜歡自己用智能設(shè)備搜索資料，獨(dú)自參觀風(fēng)雨橋。

指導(dǎo)老師林土淇：學(xué)生實(shí)地考察風(fēng)雨橋不僅可以直觀地感受風(fēng)雨橋的魅力，還可以在現(xiàn)場(chǎng)了解游客的游覽需求，有助于學(xué)生根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)機(jī)器人講解路線與撰寫(xiě)風(fēng)雨橋的講解詞。

第2步：搭建風(fēng)雨橋模型。

最初，我們?nèi)藳Q定自己動(dòng)手制作風(fēng)雨橋模型，但我們發(fā)現(xiàn)風(fēng)雨橋榫卯結(jié)構(gòu)很難仿制;我們又嘗試?yán)梅e木搭建模型，但積木不能很好地體現(xiàn)出風(fēng)雨橋的外觀線條與輪廓;我們又想利用雕刻機(jī)制作風(fēng)雨橋，但發(fā)現(xiàn)制作的工作量很大……最后，我們網(wǎng)購(gòu)了風(fēng)雨橋木質(zhì)模型，并給模型涂上了顏色。

指導(dǎo)老師林土淇：學(xué)生嘗試了多種方法制作模型，最后選擇了網(wǎng)購(gòu)模型。但網(wǎng)購(gòu)模型的個(gè)別榫卯結(jié)構(gòu)配件銜接不緊密，學(xué)生還額外使用了玻璃膠、熱熔膠等材料進(jìn)行加固。模型制作并不是本項(xiàng)目的重點(diǎn)環(huán)節(jié)，所以學(xué)生將更多的精力花在了機(jī)器人的制作、編程與調(diào)試上。

第3步：制作巡線機(jī)器人。

我們?nèi)死脤W(xué)校機(jī)器人社團(tuán)提供的積木顆粒、控制器等器材，制作了一個(gè)巡線機(jī)器人。在制作與運(yùn)行的過(guò)程中，出現(xiàn)了一些狀況，比如巡線機(jī)器人的電機(jī)“罷工”、電池沒(méi)電……有一次，還遇到了機(jī)器人左后輪的齒輪未固定好，導(dǎo)致巡線機(jī)器人出現(xiàn)了左右兩邊輪子的行駛速度不一致的問(wèn)題。

指導(dǎo)老師林土淇：三位學(xué)生在學(xué)校社團(tuán)培訓(xùn)課上，基本掌握了利用積木顆粒搭建機(jī)器人的技能，但需要提高遇到突發(fā)故障的解決能力，吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，測(cè)試前檢測(cè)電機(jī)并多預(yù)備一塊電池。

第4步：設(shè)計(jì)巡線路線與程序。

為了滿足不同游客的需求，我們用四個(gè)光電傳感器設(shè)計(jì)了兩種巡線方式：一種是重復(fù)往返巡線方式，一種是固定點(diǎn)巡線方式。

指導(dǎo)老師林土淇：巡線機(jī)器人在巡線的過(guò)程中，顯示屏?xí)@示光電傳感器的數(shù)值，學(xué)生能夠直接看到光電傳感器的數(shù)值變化，然后根據(jù)光電傳感器的數(shù)值變化來(lái)確定底盤(pán)電機(jī)的速度。

第5步：錄制講解語(yǔ)音，設(shè)置講解二維碼，編寫(xiě)講解程序。

我們?nèi)虽浿屏酥v解語(yǔ)音，但發(fā)現(xiàn)編程軟件限制語(yǔ)音文件的格式。若直接轉(zhuǎn)換文件格式，則要用到轉(zhuǎn)換軟件，而轉(zhuǎn)換軟件需要收取使用費(fèi)。為了節(jié)省成本，我們使用剪映軟件與音頻采集器，完成了語(yǔ)音轉(zhuǎn)換的任務(wù)，并順利將語(yǔ)音文件插入程序中。

第6步：總結(jié)。

在制作巡線機(jī)器人的過(guò)程中，我們?nèi)嗣刻煊?xùn)練結(jié)束后，都會(huì)寫(xiě)一篇工程日記，記錄遇到的問(wèn)題、優(yōu)化方法、第二天的目標(biāo)等內(nèi)容。

教師寄語(yǔ)：從三位學(xué)生的工程日記中可以發(fā)現(xiàn)，三人每天都在進(jìn)步，每個(gè)人的編程、操控能力都有所提高。三位學(xué)生在制作巡線機(jī)器人的過(guò)程中，不僅感受到了制作模型的快樂(lè)，提高了動(dòng)手能力和邏輯思維能力，還增加了民族自豪感和自信心。希望三位學(xué)生戒驕戒躁，再接再厲，創(chuàng)作出更多更好的作品！