3乐高实验指导书.docx(2)

?由于光电传感器的自身光源为红色光，故采用红板反射效果最好。

在同等条件下，白板的反射光强曲线较陡。

?由于控制的位移很小，故尽量采川低速档及齿轮减速机构, 使速度尽量的慢。另外一开始摆放的距离也不宜太大，尽量减小惯性，才

能得到较为精确的控制。

?读取直尺数值时尽量保持以垂直桌面的角度，减小误差。

Lab4超声波传感器测试

1.实验目的：

＞了解确定超声波传感器用于测距的线性特性；

＞掌握LEGO基本模型的搭建；

＞熟练掌握ROBOLAB软件；

2.实验要求：

测试LEGO超声波传感器的特性，并熟悉ROBOLAB测试环境的应用。超声波传感器其工作原理是把特殊的声波发送出去，声波经过障碍物后反射回來，控制器把发送与接收的时间进行计算和分析，把距离算出来。

3.软件设计：

编写程序流程图并写出程序。程序可参考下图：

■1

4.测试环境：如图所示：在小车前面是平面墙。

光电传感器

直尺

注意事项：实验应尽量降低环境干扰因素，把超声波传感器对准障

碍物，障碍物要尽量大。

5.实验步骤:

1）把采样总数设为50,运行小车获取测试数据;

2）在ROBOLAB 的数据分析环境中得到超声波感器特性曲 线，如下图所示；

3） 分析超声波传感器特性曲线，是否存在线性或近似线性范 围？

4） 在同等条件下重复实验三次，得到相应实验曲线图片保存 下来；如图所示

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5）在ROBOLAB 计算环境中选取compute tools 3,得到三次 实验的平均值曲线，如下图所示; 为"□

0 (X) 0 L0 0.20 0 切 40 0.50 0.60 时冋（杪）

TO 0. eo 0.90 1.03

6）取三次实验小车位移的平均值，分析与ROBOLAB中的距离值与测数值的拟合程度。

7）根据线性范围修改采样数，如20,再进行上述实验；比较两次的结果，你得到什么结论，你从图中可以得到哪些其它的结论。

8）分析该超声波电传感器用作位移传感器的可行性。

9）对比分析光电传感器与超声波传感器在测量距离时的优点与缺点。

10）用实验求出自己用的超声波传感器的最小测量距离，要求把程序与数据采样截图写在实验报告上。

6.实验报告要求：

?实验目的

?实验要求

?小组成员分工

?软件设计，程序流程图，ROBOLAB VI程序及截图

?调试过程出现的问题及解决方案

?实验数据表格

?实验数据曲线图截图

?位移与光强拟合函数

?结论（实验结果，体会与建议，附上有创意的小车图片）?你知道超声波还有其它的应用吗？请把你的想法和创意用Lego表达出来。

Lab5超声波传感器位移传感应用

1.实验目的：

＞掌握及确定超声波传感器用于测距以及把测出的数据控制电机的转动的应用，以及感性认识超声波传感器的工作原理。

＞测试LEGO超声波传感器的特性，并熟悉ROBOLAB中容器和跳转语句以及判断语句的应用。

2.实验要求：

设计小车能根据障碍物的距离进行速度反应，如果距离高于设定值，小车会向前运动，而且速度会根据离设定地点的距离的大小而变化，距离越大，速度越大；如果距离低于设定值，小车会向后运动，而且速度会根据离设定地点的距离的大小而变化，距离越大，速度越大。（提示：设计时要注意容器的使用，要把超声波反馈回來的数据放到容器里面，调用容器来确定电机的转速。容器存放的数值是整数，如果是小数会四舍五入取整。）

3.软件设计：

自行设计软件流程图及程序。

4.测试环境：

如图所示，在小车前一定距离用手移动障碍物，

障碍物要尽量大，可以用大课本代替。

5.调试与分析

1）运行小车，移动障碍物，观察小车的运动，并做纪录；

2）改变设定的距离，按（1）进行观察；

3）分析小车是否会根据距离的无穷远而电机的速度会变得无穷大，为什么？

4）把自己的算法写出来，并加以分析；

5）如果障碍物突然消失，超声波不能返回而小车一直往后，设计一个方案使小车的电机不受损坏；（提示：加上一个触动传感器）

6）分析自己的程序在离设定距离多远处开始小车的速度不再受距离影响；

7）分析光电传感器能否换成超声波传感器，为什么？（写一

卜?自己的看法，理由）

6.实验步骤:

1、搭建小车模型，沿川LAB2小车结构。可以自己设计。

2、编写程序。

a .设定距离（如75cm）

b.把超声波的数据存放到容器里面，接着在容器中运算, 把与设定距离的差额L算出来。

c.把差额L进行运算转化为马达的转速。

d?用跳转指令把上述的动作循环。（特别提示：电机的转速范围为0?5,大

于5的都只能按5的速度来运动，可以试验。）

3、下载并开始实验。

7.实验报告要求:

?实验项目目标

?项目小组成员及分工

?硬件结构（采用LEGO摄像头拍摄结构照片）

?软件设计，程序流程图，ROBOLAB VI程序及截图

?回答调试与分析中的问题

?写出自己的算法并分析

?调试过程出现的问题及解决方案

?实验数据表格

?实验数据曲线图

?结论（实验结果，体会与建议等）

第三部分创新实验

机电一体化创新设计实验

机电一体化创新设计(Mechanical & Electrical Integration Creative Design, ME I CD)是指在机构的主功能，动力功能，信息处理功能和控制功能上引进电子技术，将机械设计与电子化设计及软件结合起来所构成系统的总称。

机电一体化发展至今已经发展成一门有自身体系的新型学科，随着科学技术的不断发展，还将被赋予新的内容。但其基本的特征可概括为：机电一体化是从系统的观点出发，综合运用机械技术，微电子技术，自动控制技术，计算机技术，信息技术，传感测控技术，电力电子技术，接口技术，信息变换技术以及软件编程技术等群体技术，根据系统功能目标和优化组织目标，合理配置和布局各功能单元，在多功能，多质量，高可靠性，低能耗的意义上实现特定的功能价值，并使整修系统功能最优化的系统工程实验。

针对学院测试及控制类课程《电工电子技术》、《测试技术》、《微机原理及接口技术》等课程涵盖了机械设备及加工过程测试控制相关的电子电路、传感器、信号处理、接口、控制原理、测控计算机软件等理论及技术，具有综合性、实践性强的特点，但目前各课程的实验教学存在着孤立、分散、缺乏系统性的问题。为促进机械工程学科学生对于计算机测控技术的工程创新设计能力、促进相关理论知识的理解和灵活应用，本机电一体化创新综合实验正是适应了机电一体化技术的要示，以丹麦乐高(LEGO) 公司教育部开发的积木式教学组件一智力风暴(MINDSTORMS)为基础进行。采用LEGO MINDSTORMS为基础建立开放型创新实验室，并根据学院测试及控制类课程《电工电子技术》、《测试技术》、

《微机原理及接口技术》等课程设计多层次的综合创新实验设计项目，具有技术综合性和趣味性以及挑战性，能有效激发学生的学习兴趣，使学生在

实践项目的过程中激发和强化学生的创造力、动手能力、协作能力、综合能力和进取精神；可使学生在实施项目的过程中对材料、机械、电子、计算机硬件、软件均有直观的认知并掌握机械工程测试与控制的综合分析设计能力。机电一体化创新设计（MCD）的一般过程分为四个阶段，见图1. L

图1.1机电体化创新设计的?般过程

1、确定（选定或发明）研究课题和方向

它涉及机电学对象的不同层次、不同类型的机构组合，或不同学科知识、技术的问题。对机器人软硬件的认识，和控制类知识。

2、根据功能要求选定适合软件，学习编程知识，进行算法研究。

Lego机器人提供了多种的编程平台，有官方的NXT, RAB0LAB,和第三方的软件比如微软Microsoft Robotics Studio, Mat lab中的Lejos-osek等等，同样也提供了多种编程的语言，有G语言（图形化语言），C#等等，还有模块化设计的理论等等, 涉及到计算机和控制的综合。

3、机械结构类型及其优选

其难点在于求得完成预定任务的最佳机械结构方案，利用学到的机械结

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