20、PushBot：搭建与编程全攻略

PushBot：搭建与编程全攻略

1. PushBot 组装步骤

PushBot 的组装接近尾声，以下是从第 19 章中提取的组装关键步骤：
1. 颈部与红外传感器组件安装 ：从颈部/红外传感器组件和砖块开始组装，注意砖块的“顶部”（USB 端口所在处）在图片中朝向底部。先将两个小黑色连接器插入砖块顶部，如特定图片所示，部分插入后再完全按入。
2. 人偶颚笼安装 ：人偶颚笼底部的长蓝色连接器与砖块底部连接，从侧面将其完全按下。
3. 加固梁组装 ：用一个九孔梁和四个短黑色连接器组装加固梁，将其安装在合适位置，有助于固定颈部组件、人偶颚和砖块。
4. 长轴加固 ：安装长轴和两个红色轴环来加固整体结构。插入轴后，将轴环尽可能分开以增强强度。虽然没有这些部件机器人也能运行，但它们能使结构更坚固。
5. 大型电机与车轮组件安装 ：制作两个大型电机驱动轮组件，它们是镜像对称的。将轴、轴环、轮胎和九孔梁等部件按步骤组装好，然后将电机组件安装到砖块和框架上。
6. 脚轮梁连接 ：将支撑脚轮的梁上的双灰色连接器与大型电机连接。
7. 触摸传感器安装与布线 ：收集触摸传感器、短蓝色轴销和黑色销，将它们安装到触摸传感器上，然后在砖块上找合适位置安装触摸传感器。最后，将三个电机和三个传感器进行布线，使用 EV3 零售套件中的所有六根电线。具体布线为：中型电机连接到端口 A，大型电机连接到端口 B 和 C，触摸传感器连接到端口 1，颜色传感器连接到端口 2，红外传感器连接到端口 4。

组装流程图

graph LR
    A[颈部与红外传感器组件安装] --> B[人偶颚笼安装]
    B --> C[加固梁组装]
    C --> D[长轴加固]
    D --> E[大型电机与车轮组件安装]
    E --> F[脚轮梁连接]
    F --> G[触摸传感器安装与布线]

2. PushBot 编程思路

为确保 PushBot 程序能正常工作，将编程分为三个部分：
1. 将机器人移动到第一个人偶前的正确位置
2. 将前三个人偶放置到正确位置的编程块
3. **将最后一个人偶推上斜坡并放到玛雅石棺上

2.1 让 PushBot 就位

在 LEGO MINDSTORMS EV3 软件中，点击左上角的 + 标签，双击蓝色程序名称，输入 PushBot。为了有更多工作空间，可点击顶部标签栏最右侧的 EV3 按钮符号（类似八角形停止标志）来最小化右侧的文档工作区域。

使用触摸传感器作为 PushBot 的启动按钮，将其放置在砖块顶部易触及的位置。在程序中放入一个 LOOP 块，等待触摸传感器触发。

2.2 移动到第一个人偶的方法

有两种方法可将 PushBot 移动到第一个人偶前：
1. 基于距离编程 ：已知基座和第一个人偶之间的大致距离约为 7 英尺，PushBot 长约 16 英寸，若将其按特定方式放置并指向第一个人偶，需向前移动 5.5 英尺后停止。可使用 MOVE STEERING 块，设置正确的旋转圈数（或度数）来实现。
2. 使用红外传感器 ：为避免因测量误差或电池电量低导致电机异常而撞到人偶，使用红外传感器检测人偶并在安全距离处停止。在程序中放入一个 LOOP 块，配置为当红外传感器检测到距离小于 30 厘米（12 英寸）的障碍物时跳出循环。在 LOOP 块内放置一个 MOVE STEERING 块，让电机 B 和 C 旋转。可测试将电机持续时间设置为无限或特定度数/旋转圈数，以确定最安全的接近方式。

测试与调整

将一个水瓶放在距离 PushBot 约 9 英尺处，确保笼颚打开，按下触摸传感器启动。测试发现，将 MOVE STEERING 块的持续时间设置为无限时，机器人停止位置更接近水瓶，同时需将红外传感器的灵敏度提高到 30 厘米或更小。测试后，PushBot 距离水瓶约 3 - 5 英寸。

当 PushBot 到达水瓶位置后，需将其旋转 180 度使笼颚朝向水瓶。具体步骤为：先使用 MOVE STEERING 块让电机 B 和 C 反转一圈后退，然后使用 LARGE MOTOR 块让大型电机 B 向左旋转 90 度，再让大型电机 C 向右旋转 90 度。

后续操作步骤

PushBot 旋转后面对第一个人偶且笼颚打开，后续操作步骤如下：
1. 接近人偶 1
2. 关闭人偶 1 周围的笼子
3. 将人偶 1 向前推到压力板上并停止
4. 打开笼子并返回起始位置
5. 右转，向前移动一小段距离，然后左转
6. PushBot 此时位于人偶 2 前方

由于这些步骤会重复执行，使用一个 LOOP 块让其对前三个人偶各执行一次。

编程操作表格

操作	编程块	设置
等待启动	LOOP 块	触摸传感器触发跳出循环，传感器在端口 1
移动到第一个人偶	MOVE STEERING 块	可设置旋转圈数或持续时间，结合红外传感器检测
旋转 180 度	MOVE STEERING 块、LARGE MOTOR 块	后退、左右旋转特定度数
放置前三个人偶	LOOP 块	执行三次特定操作

3. 定位前三个人偶

在 PushBot 定位并开始将最后一个人偶推上斜坡之前，需要让它停在人偶 3 前面。为实现将人偶 1、2 和 3 推到正确位置的操作，需要在程序中添加一个 LOOP 块。以下是具体步骤：

3.1 接近人偶

首先，放入一个 LOOP 块并将其配置为执行一次（测试后改为三次）。然后，使用另一个 LOOP 块，配置为当红外遥控器触发红外传感器时跳出循环。接着，添加一个 MOVE STEERING 块，将其配置为让大型电机 B 和 C 旋转四分之一圈（0.25），使机器人缓慢向人偶移动。

3.2 关闭笼子

下载程序并测试，使用默认的红外传感器设置（值为 1，对应红外遥控器的左上角按钮）。机器人能完美转向并缓慢接近瓶子，直到按下红外遥控器按钮跳出循环。此时，使用一个 MEDIUM MOTOR 块关闭笼子，最初将其配置为让电机 A 旋转 -65 度，但后来改为以 -30 的负速度运行 0.25 秒。原因是之前设置旋转度数时，电机有时无法完全关闭笼子，导致电机卡顿，程序无法继续运行。更改设置后，能避免这种情况。关闭笼子后，添加另一个 MEDIUM MOTOR 块关闭电机 A 以节省电池电量。

3.3 推动人偶

笼子关闭后，需要让机器人缓慢推动人偶，直到检测到黑色黑曜石岩石地板。使用一个 LOOP 块，配置为当颜色传感器触发时跳出循环。测试颜色传感器在黑色纸上的值为 5，在地板上的值为 89，将颜色传感器设置为值低于 20 时触发。添加一个 MOVE STEERING 块进行推动操作，每次向前推动 2.75 英寸（半圈），并添加一个 0.5 秒的延迟，确保颜色传感器有时间检测黑色纸。

3.4 测试与调整

下载并测试程序，如果一切按计划进行，机器人应接近瓶子，检测到瓶子后停止，后退并旋转，再次接近瓶子直到停止，关闭笼子，然后推动瓶子直到颜色传感器触发。但实际测试中可能会出现问题，例如笼子卡住影响程序运行，可通过将电机 A 运行时间改为 0.25 秒解决。机器人将瓶子推到黑色纸上后可能只在边缘，可在 LOOP 块后添加一个 MOVE STEERING 块，让机器人再前进一圈（5.5 英寸），将人偶推到中心。

3.5 后续移动

完成上述操作后，需要让机器人打开笼子，后退一段合理距离，并进行一些移动使其位于人偶 2 前面。具体步骤如下：
1. 使用 MOVE STEERING 块让机器人前进一圈，将人偶推到中心，然后使用 MEDIUM MOTOR 块打开笼子。
2. 使用 MOVE STEERING 块让机器人后退约 3 英尺（将 3 英尺转换为 36 英寸，除以轮胎周长 5.5 英寸，约为 6.5 圈）。
3. 使用 LARGE MOTOR 块让机器人右转。
4. 使用 MOVE STEERING 块让机器人向西前进约 2 英尺。
5. 使用 LARGE MOTOR 块让机器人左转。

定位操作流程图

graph LR
    A[放入外层 LOOP 块] --> B[放入内层 LOOP 块（红外触发）]
    B --> C[添加 MOVE STEERING 块接近人偶]
    C --> D[下载测试并使用 MEDIUM MOTOR 块关闭笼子]
    D --> E[添加 MEDIUM MOTOR 块关闭电机 A]
    E --> F[添加 LOOP 块（颜色传感器触发）]
    F --> G[添加 MOVE STEERING 块推动人偶]
    G --> H[测试与调整]
    H --> I[添加 MOVE STEERING 块推人偶到中心]
    I --> J[打开笼子并后退]
    J --> K[右转]
    K --> L[前进 2 英尺]
    L --> M[左转]

编程操作表格（续）

操作	编程块	设置
接近人偶	LOOP 块（外层）	执行三次
接近人偶	LOOP 块（内层）	红外传感器触发跳出循环
接近人偶	MOVE STEERING 块	电机 B 和 C 旋转 0.25 圈
关闭笼子	MEDIUM MOTOR 块	-30 速度运行 0.25 秒
关闭电机	MEDIUM MOTOR 块	关闭电机 A
推动人偶	LOOP 块	颜色传感器触发跳出循环
推动人偶	MOVE STEERING 块	每次前进 2.75 英寸，延迟 0.5 秒
推到中心	MOVE STEERING 块	前进一圈（5.5 英寸）
打开笼子	MEDIUM MOTOR 块	打开笼子
后退	MOVE STEERING 块	后退约 6.5 圈
右转	LARGE MOTOR 块	右转
前进	MOVE STEERING 块	前进约 2 英尺
左转	LARGE MOTOR 块	左转

4. 测试与优化

在实际测试中，可能会出现各种问题，需要根据具体情况进行调整。例如，第一次测试时可能会越过第二个人偶约 6 英寸，可通过将大型电机 B 和 C 的旋转持续时间从 6 减少到 4.7 来解决。笼子关闭正常但打开过宽，手臂摩擦轮胎的问题，可将笼子打开时间从 1 秒减少到 0.25 秒。经过第二次测试，若所有三个人偶都能被定位并推到正确位置且不翻倒，则说明设置基本合适。

需要注意的是，不同的电机和传感器灵敏度可能不同，因此测试是必不可少的。通过不断测试和调整，可以提高机器人的性能，同时也能深入了解机器人在不同环境中的工作方式。完成前三个人偶的定位后，下一步就是让 PushBot 推动第四个人偶上斜坡并放到石棺上，这将在后续的编程和测试中进一步实现。