乐高SPIKE中超声波距离传感器的运用

乐高SPIKE PRIME科创套餐中配备的距离传感器为超声波距离传感器而非红外距离传感器，具体参数如下：

我第一次运用距离传感器写避障程序的时候就出现明明小车已经斜着撞到墙了，电机还一直往前转，电脑监控上距离传感器测出来的距离是200cm，于是我单独对距离传感器进行测试，发现当传感器与墙面的夹角在超过35度左右时会出现错误，传感器检测出来的数据为200cm。大家在设计程序的时候要注意这一点，尽量规避这个情况。

从易到难我们依次来尝试使用超声波距离传感器的运用。

一、自动避障之走迷宫

首先尝试了一个简单的避障程序，让小车通过纯直角的迷宫。

设计思路就比较简单了，用一个电机带动超声波传感器实现传感器的左右转动测距。

1、设置避障距离为15cm，过近的话会影响小车转弯，避免碰墙；

2、接近避障距离后，小车停止，电机带动传感器开始先后向左右转动90度测距；

3、测距后判断小车左右哪边距离远，小车向距离远的那侧转动90度，继续向前行驶；

4、采用原地转身的方式，以避免碰墙；

具体运行情况可见之前发的视频：

乐高SPIKE学习笔记之自动避障走迷宫

二、模拟扫地机器人自动巡边

成功让小车通过迷宫后，开始尝试使用两个距离传感器模拟扫地机器人自动巡边，搭建一个非规则的空间，让小车在靠近边界的情况下绕行一圈。

我们这次巡边采用逆时针巡边，即，小车右侧靠近边界，沿着边界逆时针走动一圈。我们需要采用双超声波距离感应器：

一个感应器负责前进方向，当接近前方“墙壁”时，向左后原地转向直到小车远离墙壁，这里采用原地转向而非转弯是避免在与墙壁距离过近的情况下转弯会让小车右侧撞墙；

另外一个感应器负责右侧，这里需要用到之前自动巡线时的比例算法，控制小车右侧与墙壁的距离为15cm。

具体运行见之前视频：

乐高SPIKE学习笔记之自动巡边

挑战再次升级，如果空间不规则，如何完成自动巡边，于是重新修改了一版。

将会出现的情况分别进行分析，特别是遇到右侧出现缺口需要进行右转的情况，如下：

运行结果如下：

乐高SPIKE学习笔记之自动巡边升级

整体效果达到了预期的，但是连续运行十几圈后还是出现了一个意外的故障：直角尖正好卡在两个感应器之间，暂时没有想到更好的办法去解决。

后续打算尝试一下单传感器如何自动巡边，以及穿越障碍物等等。

认识乐高头脑风暴（MINDSTORMS）EV3硬件

乐高机器人最大的优点就是在设计机器人时可以使用很多种乐高零件。乐高公司生产的任何零件都可以在你设计的机器人上使用。所以要想做出有创意的机器人，我们就花点儿时间来认识一下自己拥有的头脑风暴套装和其他套装中的零件吧。

注意：NXT套装中大部分的电气部件都可以在EV3软件和硬件中使用，但不能反过来，EV3的传感器无法和NXT程序块一起工作。

了解每个电气部件和传感器的工作原理很重要，只有了解了它们的工作原理，我们才能在机器人上充分利用它们。另外，我们还需要知道，只为使用传感器而使用传感器并不是好主意，保持机器人简单才是设计机器人的关键。

EV3程序块

EV3程序块是机器人的大脑 ，其内部有微计算机。它是一款由计算机控制的智能乐高零件，可以赋予机器人生命，所有传感器和电机都将被连接在程序块上，我们设计的程序在程序块里被执行，我们所有的想法都将在这里被完成。

同大多数计算机一样，EV3程序块只能执行我们下达的命令，它不会假设或猜测我们想要做什么。很多时候，我们会抱怨机器人做出的动作不对或做错了事情，但经过一番研究后，我们总是发现问题出在自己的程序上，EV3程序块是按照我们的程序在执行命令。

虽然EV3程序块基本上是一个玩具，但它的处理能力比阿波罗11号登月计划中使用的计算机更为强大。这里简单介绍了EV3程序块的处理器，我们其实不需要学习这些细节内容，但了解一下还是很有趣的。

EV3程序块有4个输入端口，用于连接传感器（端口1、2、3和4）；还有4个输出端口，用于连接电机（端口A、B、C和D）。

设计机器人时，有一件重要的事情一定要记住，要能够按下EV3程序块上的按钮，所以请确保不要挡住它们或者盖住它们，传感器和电机端口也是如此。同样，在EV3程序块上还有一个USB端口，用于将机器人连接到计算机。

影响机器人设计的另一个因素是EV3程序块将使用哪种类型的电源。如果你选择使用普通电池，需要确保可以快速轻松地拆下EV3程序块，不能在更换电池时造成麻烦；如果使用可充电电池板，请确保没有挡住电池板的充电端口，确保能看到可充电电池板的LED灯，这些LED指示灯可以告诉你电池板是否充电完毕。

触动传感器

触动 传感器，可以让我们的机器人有触觉。 触动传感器被按下或释放时，它会把状态信息告诉EV3程序块，这些信息在机器人导航和操作中非常有用。触动传感器可以安装在机器人的各个位置上，具体取决于我们想要检测什么类型的触碰。

陀螺仪传感器

陀螺仪传感器 ，是EV3的新传感器。它可以告诉我们机器人的旋转角度和旋转速度（度/秒）是多少。 当机器人的应用场地某个区域的导航标记很少时，这个传感器是非常有用的。但是这个传感器的编程和校准却并不简单。

颜色传感器

颜色传感器，是和机器人视觉有关的两个传感器之一。颜色传感器可以读取环境光或某个表面反射光线的光值，还可以检测颜色。 同触动传感器一样，颜色传感器是帮助机器人在应用场地上导航的主要工具。将颜色传感器用于机器人设计中时，请记住，如果我们用它检测反射光（例如巡线），则需要考虑屏蔽外部光源。

超声波传感器

和颜色传感器一样，超声波传感器也是为我们的机器人提供视觉的工具。 超声波传感器检测的不是光线，它会发射超声波，超声波撞击物体表面并被反射回来，传感器根据超声波发出和返回的时间差计算出与物体之间的距离。用超声波传感器检测较大平面最为容易，检测圆形或较窄的物体则比较困难。

大型伺服电机

大型伺服电机，它可以让我们的机器人四处移动，而且还具有内置的旋转传感器。 EV3程序块有4个电机端口，你可以用两个电机为机器人导航，另外两个电机用于操作。如何在机器人上安装电机取决于我们决定使用哪种类型的驱动系统。

中型伺服电机

中型伺服电机，与大型伺服电机具有相同的功能，有内置的旋转传感器。在进行机器人设计时，可以把中型伺服电机放在机器人内部，它不需要占用较大的空间，通常作为机器人手臂或附件的驱动电机，也可以作为机器人的驱动电机来使用。

今天，我们已经了解并熟悉了乐高头脑风暴机器人的主要组件，关于这些组件的作用与应用，雨衡老师会在后续的内容中，逐步来讲解。希望通过学习，我们能够利用它们设计出我们自己独特的机器人！

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