16、编程控制GrabberBot：从启动到获取卷轴的全流程解析

编程控制GrabberBot：从启动到获取卷轴的全流程解析

在编程控制GrabberBot时，有多种编程方法可供选择。你可以打开EV3软件，不断添加编程模块直至完成程序，然后下载、测试并调试；也可以按照特定顺序，每成功放置一个模块并测试其功能后再继续推进程序；还可以参考这里介绍的方法，即放置模块、配置参数、下载到机器人并测试，若机器人表现未达预期，则重新检查模块及其配置。无论选择哪种方法，都要记录成功经验，尤其要关注失败情况，分析错误原因，这有助于提升编程技能。

1. 新建程序

若你打算采用这里介绍的方法，可按以下步骤操作：
1. 打开LEGO MINDSTORMS EV3软件。
2. 点击左上角的“+”标签。
3. 双击蓝色的程序名称区域，输入“GrabberBot”。

为了获得更多的屏幕工作空间，可点击顶部标签栏最右侧类似八角形（类似EV3智能砖块上的按钮）的EV3按钮符号，将右侧的“记录工作”区域最小化。

2. 启动设计

将触摸传感器放置在机器人背部，作为GrabberBot的启动按钮。这样做可以避免直接按压砖块上的按钮，因为砖块的位置或方向可能使按钮操作变得困难，而且使用触摸传感器能防止在按下深灰色运行按钮后快速抽手时意外碰到机器人。有些程序员会在程序开头添加一个5秒或10秒的等待模块，以便在按下砖块上的运行按钮后有时间正确放置机器人。

在程序中放置的第一个模块是循环（LOOP）模块，将其配置为检测触摸传感器的按下和释放操作。当按钮被按下并释放时，循环将终止，后续的编程模块开始运行。

3. 初始移动任务分析

任务列表中的第一个任务是“向隧道尽头移动”，这实际上包含两个动作：
1. 机器人向卷轴移动，并在安全距离处停下，开始检测目标。
2. 以较慢的速度向卷轴移动，让红外传感器检测GrabberBot停止抓取卷轴的合适位置。

在设计中，红外传感器精确对准卷轴高度。如果采用这种设计，应在接近卷轴但未到达时停止；若传感器安装位置较高，则可根据与后壁的距离来判断。

4. 确定安全停止位置

将GrabberBot的起始位置标记在隧道内一英尺处的假想线后方。隧道深度为八英尺，卷轴距离隧道后壁四英寸。在六英尺处设置另一条假想线，若能编程使机器人在到达该点之前停止，就能确保不会意外碰到卷轴。

5. 精确距离计算

为了更精确地控制GrabberBot的移动距离，需要采用新的计算方法。对于坦克式机器人，“轮子”的周长难以准确计算，可通过编程让机器人移动十圈并测量距离，再除以十得到一圈的距离。经测量，轮子转十圈在硬地面上行驶的距离为39英寸，所以一圈的距离是3.9英寸。

同时，要了解旋转和度数之间的转换关系：
- 旋转转度数：将旋转圈数乘以360，得到的结果即为等效的度数。
- 度数转旋转：将移动的度数除以360，得到的结果即为等效的旋转圈数。

若GrabberBot要从一英尺标记处移动到六英尺标记处，最多移动五英尺，即60英寸。用60英寸除以每圈3.9英寸，得到约15.4圈。再将15.4圈乘以360，得到5538度。在编程第一个移动模块时，让GrabberBot向前移动5538度，它应能停在或停在图中第二条假想线后方。

6. 放置移动模块并测试

放置第一个移动转向模块，将其配置为旋转5538度，这对应五英尺的移动距离。下载程序并测试，使用卷尺确保机器人向前移动约五英尺且不超过该距离。测试成功后，添加一个等待（WAIT）模块，让机器人暂停10秒，以便检查其是否对准卷轴，确保抓取爪机构能顺利位于卷轴支撑腿下方。

7. 接近卷轴任务分析

接下来，机器人需要缓慢接近卷轴。由于GrabberBot的设计是让抓取爪从卷轴下方伸入并抬起，所以红外传感器应检测卷轴本身而非后壁。为了确定红外传感器触发的正确时机，需要进行反复测试。

8. 测试环境搭建

测试环境的搭建步骤如下：
1. 在客厅中从墙壁量出8英尺的距离。
2. 放置一些障碍物（如沙发靠垫）代表隧道墙壁。
3. 从墙壁量出4英寸的距离，放置两个弯曲切割的塑料水瓶，间距约15英寸，作为卷轴的支撑腿。
4. 在支撑腿上放置一个装有卷起报纸的礼品包装纸作为卷轴。

9. 编程缓慢接近卷轴

为了让机器人缓慢接近卷轴，使用一个循环（LOOP）模块，当红外传感器被触发时循环终止。具体操作如下：
1. 放置循环模块，将红外传感器配置为在距离实际卷轴一厘米时触发。
2. 放置一个移动坦克（Move Tank）模块，将坦克履带电机B和C的功率设置为50，使其缓慢旋转。机器人每次向前移动一小段距离（90度，即0.25圈），红外传感器有一秒的延迟来检测卷轴是否在一厘米范围内。若未检测到，机器人继续向前移动，直到红外传感器触发循环终止。

10. 测试与注意事项

下载程序并进行测试，经过多次测试发现，红外传感器每次都能在接近卷轴时停止，抓取爪正好位于卷轴下方。需要注意的是，每个红外传感器的灵敏度可能略有不同，因此要自行测试并记录结果，不要直接使用这里给出的最终值（如1厘米）。

此时，机器人会沿着隧道移动，在距离卷轴约两英尺处停下，然后缓慢向卷轴移动，直到红外传感器检测到墙壁并触发停止。此时，机器人的抓取爪正好位于卷轴下方，准备抬起卷轴并返回。

11. 抓取卷轴设计

当GrabberBot将卷轴从支撑腿上抬起时，要将卷轴固定在抓取后壁上，由抓取爪夹住。为了实现这一点，需要中型电机A对卷轴施加持续的向上压力。可以将中型电机模块放入一个设置为永久循环的循环模块中，但这样循环将不会终止，机器人无法接收返回的指令。

整个编程过程涉及到一些数学知识，更高级的机器人可能需要更复杂的数学技能。因此，如果你喜欢设计机器人并希望从事更高级的设计工作，在学校里要认真学习所有科目，包括数学、科学和历史等。

以下是一个简单的流程图，展示了机器人从启动到接近卷轴的主要流程：

graph TD;
    A[打开软件并创建程序] --> B[设置启动模块];
    B --> C[初始移动计算与编程];
    C --> D[添加等待模块检查位置];
    D --> E[搭建测试环境];
    E --> F[编程缓慢接近卷轴];
    F --> G[测试与调整];

通过以上步骤和方法，你可以逐步完成GrabberBot的编程，使其能够准确地完成从启动到接近卷轴的一系列任务。在实际操作中，要根据具体情况进行调整和优化，不断积累经验，提升机器人编程和设计的能力。

编程控制GrabberBot：从启动到获取卷轴的全流程解析

12. 解决持续压力与返回指令问题

为了解决中型电机A持续施加向上压力且能让机器人接收返回指令的问题，我们可以采用一种更巧妙的编程方式。可以在中型电机模块进入循环前，设置一个条件判断模块。例如，当红外传感器检测到卷轴被成功抓取（比如检测到特定的距离变化或者压力变化）后，触发一个信号，这个信号可以作为循环开始的条件，同时也可以作为后续返回指令的触发条件。

具体操作步骤如下：
1. 添加一个条件判断模块，将其与红外传感器相连，设置判断条件为检测到卷轴被成功抓取的信号。
2. 将中型电机模块放入一个循环模块中，但这个循环模块的开始条件由上述条件判断模块的输出信号控制。
3. 当循环开始后，中型电机A持续施加向上压力。同时，在循环内部添加一个判断条件，当接收到返回指令信号（可以通过触摸传感器或者其他方式设置）时，循环终止，机器人开始执行返回操作。

13. 编程返回操作

机器人抓取到卷轴后，需要返回起始位置。为了实现这一操作，我们可以按照以下步骤进行编程：
1. 添加一个移动模块，设置机器人向后移动。移动的距离可以根据之前记录的从起始位置到抓取位置的距离进行反向计算。例如，如果之前向前移动了5538度，那么返回时也让机器人向后移动5538度。
2. 在移动模块之后，添加一个转向模块（如果需要调整方向的话），确保机器人能够准确地回到起始位置。
3. 可以添加一个结束模块，当机器人回到起始位置后，程序结束。

14. 测试与优化返回操作

下载包含返回操作的程序并进行测试。在测试过程中，可能会发现机器人返回的位置不准确或者出现其他问题。针对这些问题，可以进行以下优化：
1. 如果返回位置不准确，可以重新检查之前的距离计算是否有误，或者调整移动模块的参数。
2. 如果机器人在返回过程中出现转向问题，可以检查转向模块的设置，调整转向的角度和速度。
3. 多次测试，记录每次测试的结果，根据结果不断调整程序，直到机器人能够准确地抓取卷轴并返回起始位置。

15. 总结与注意事项

在整个GrabberBot的编程过程中，我们涉及到了多个方面的知识和技能，包括传感器的使用、模块的配置、距离的计算以及循环和条件判断的编程等。以下是一些总结和注意事项：
|总结内容|具体说明|
| ---- | ---- |
|数学知识的重要性|在机器人编程中，数学知识起着关键作用。精确的距离计算和角度转换都需要运用数学知识，因此要重视数学学习。|
|传感器的特性|不同的传感器有不同的特性和灵敏度，在使用时要进行充分的测试和调整，以确保其能够准确地工作。|
|编程方法的选择|可以根据自己的习惯和需求选择合适的编程方法，但要注意记录成功和失败的经验，不断提升编程技能。|
|测试与优化|编程完成后，要进行充分的测试，并根据测试结果进行优化。多次测试和调整是确保机器人正常工作的关键。|

16. 流程图总结

以下是一个完整的流程图，展示了GrabberBot从启动到抓取卷轴并返回的整个流程：

graph TD;
    A[打开软件并创建程序] --> B[设置启动模块];
    B --> C[初始移动计算与编程];
    C --> D[添加等待模块检查位置];
    D --> E[搭建测试环境];
    E --> F[编程缓慢接近卷轴];
    F --> G[测试与调整];
    G --> H[抓取卷轴编程];
    H --> I[解决持续压力与返回指令问题];
    I --> J[编程返回操作];
    J --> K[测试与优化返回操作];
    K --> L[程序结束];

通过以上详细的步骤和方法，我们可以成功地编程控制GrabberBot完成从启动到抓取卷轴并返回的一系列任务。在实际操作中，要不断探索和尝试，结合具体情况进行调整和优化，从而提升机器人编程和设计的能力。希望这些内容能够帮助你更好地理解和掌握机器人编程的技巧。