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常言道水火无情,这其中道出了水火对人类的威胁及人们对水火的无奈。提起火灾,人们会
联想起一起起悲剧。据有关部门统计,仅1995年一年我国就发生火灾38000起,死亡2233
人,受伤3770人,。1997年发生火灾14万余起,死亡2722人,
伤4930人,。
多么触目惊心的数字啊!
近年来,我国石化等基础工业有了飞速的发展,在生产过程中的易燃易爆和剧毒化学制品急剧增
长,由于设备和管理方面的原因,导致化学危险品和放射性物质泄漏、燃烧爆炸的事故增多。消
防机器人作为特种消防设备可代替消防队员接近火场实施有效的灭火救援、化学检验和火场侦
察。它的应用将提高消防部队扑灭特大恶性火灾的实战能力,对减少国家财产损失和灭火救援人
员的伤亡将产生重要的作用。在深圳清水河火爆炸、南京金陵石化火灾、北京东方化工厂罐区火
灾等事件发生后,国内消防部队要求研制、配备消防机器人的呼声越来越高。此次消防机器人的
研制成功,对我国21世纪的消防装备的发展以及消防部队的技战术的拓展将产生重要的影响。
不仅在我国,在世界上消防工作也是一个大难题,各国政府都千方百计地将火灾的损失降到最低
点。
1984年11月,在日本东京的一个电缆隧道内发生了一起火灾,消防队员不得不在浓烟和高温
的危险环境下在隧道内灭火。这次火灾之后,东京消防部开始对能在恶劣条件下工作的消防机器
人进行研究,目前已有五种用途的消防机器人投入使用。遥控消防机器人、喷射灭火机器人、消
防侦察机器人、指示器和气体浓度测量仪、攀登营救机器人。
乐高机器人采用模块式的构造,学生可以自由的设计机器人的外形,可以将他们的设计理念从最
初阶段就融入到机器人上。这种机器人的控制器具有良好兼容性,可以接许多种传感器(乐高自
己的和其它类别的)。再有就是乐高机器人的编程采用当今流行的图形化编程语言(Robolab),
学生很容易就能够学会使用,而这种语言又有很大的扩展空间,并且还可以和多种计算机编程语
言进行转换(想要更加了解乐高机器人可以参见专门的乐高机器人手册或者资料)
第1章灭火机器人的组成:.
心——RCX我们如何控制机器
人的运行?乐高课堂里的机器人主要由微电脑——RCX来控制。RCX
有3路输入、3路输出可以连接各种传感器和马达等输入、输出设备。
RCX可以保存5个独立的应用程序,通常,其中3个是供用户使用
的。需要时,可以将5个独立程序都给用户使用,这需要在
“Administrator”中通过点击“RCXSettings”,将RCX的1、2程序解
锁。RCX的操作系统是面向事件(event-oriented)的,可以并行处理10个
任务。
事实上,我们不仅可以用RoboLab软件来为RCX编写程序,还可以做其他选择,例如NQC(Not
QuietC)。利用ActiveX控件,你可以使用VisualBasic,VisualC++,Delphi等多达30多种正
式、非正式语言为RCX编写程序。更不可思议的是,你甚至可以不用Lego提供的固件,而改
用其他的固件,如LegOS。
——传感器
乐高提供了4种基本的传感器:
——马达
空载电流:10mA
满负荷电流:100mA
无负载速度(withinafew%):375RPM39rad/s
最大扭矩(within10%?):----lb
功率(1/2no-loadspeed*1/2stalltorque)-m/s(Watts)
——积木
乐高提供了丰富多彩的积木,包括各种积木及机械部件,例如齿轮、轮子等组成了机器人的身体。
——ROBOLAB软件
乐高课堂里的机器人使用ROBOLAB软件为机器人编写程序,是一种图形化编程开发环境,提
供了一种更快捷的程序编写方法,编程环境直观明了,它有几百个模块组成,用一个个图形模块
代替传统的编程语句,例如循环、条件等都有相应的图标,可以完成所有C语言和VB等语言
的功能,设计者只需要把所需的图标从功能模块中抓取下来进行连线即可实现程序编写,无需编
写任何代码,与传统编程的表现形式有根本区别,但其编程的逻辑思维与传统编程一样,和C、:.
VB等一样都是计算机的编程语言。所有这些特性使G语言更易于学****从而减少程序开发时间,
提高编程质量。
第2章灭火机器人的任务
制作一个由计算机程序控制的机器人,在一间模拟平面结构的房间里运动,找到一根燃烧的蜡烛
并尽快将它扑灭。它模拟了现实家庭中机器人处理火警的过程。那根蜡烛代表房间里燃起的火灾,
机器人必须尽快找到并扑灭火源。
第3章制作灭火机器人之前的准备
光电传感器探测到的数值可以在RCX上的检测窗口上显示出来,按下RCX上的VIEW按钮,
多按几次,直到显示屏上出现一个箭头指向一个输入口,表示连接在这一输出口上的光电传感器
所测到的值。需要检测的光值:检测到家具时的光值、检测到蜡烛火焰时的光值、检测到灭火区
域的白色线的光值。
测距辅助器材是与乐高光电传感器配合使用,用来检测墙壁控制机器人行走路线。与测距传感器
功能相同。
使用说明:
1、测距辅助器材也是凸点设计,可以和乐高积木插接在一起。
1、测距辅助器材主要是和乐高光电传感器组合在一起使用,所以安装时要与乐高光电传感器连
接一起。例如下图中。
2、测距辅助器材是单独供电不需要与RCX连接。(由1节7号电池供电,参看下图)
3、使用时打开电源开关。:.
第4章制作机器人
设计机器人的整体思路:由两个马达控制机器人行走,一个光电传感器检测机器人与墙壁的距离。
开始机器人沿右墙行走,如果机器人远离墙,控制马达向右走,如果机器人离墙太近,控制马达
远离墙壁。如果机器人前方的有障碍物,机器人左转,循环执行。当机器人前方光电传感器检测
到蜡烛,机器人追光。当机器人光值达到一定范围,机器人停止运行开始灭火。
a)使用器材:
1个RCX、2个乐高马达、1个灭火专用马达、3个乐高光电传感器、1个测距辅助器材、若干
积木
b)具体模型
说明:利用1个乐高光电说明:机器人前方加入1
传感器和1个测距辅助个触动传感器,为了防止
器材检测机器人左边和机器人右边碰撞
前方是否有障碍物
:.
说明:用2个乐高光电说明:用1个轴支撑40
传感器检测机器人前齿的齿轮,齿轮上安装灭
方和右侧是否有蜡烛火专用风扇,这样可以调
节马达和光电的高度
c)制作模型要注意以下几点:
l模型的中心放到主动轮上(RCX放到马达上,保持机器人的身体平衡。)
l检测房间和蜡烛的传感器放置位置、角度(光电传感器放置位置要注意:1、光电传感器位置
要合适,尽量避免外界光线对它的影响。2、检测蜡烛的2个光电传感器的角度要合适。)为避
免光电传感器受外界光线影响,给光电传感器加入遮挡装置
l触动传感器加入是为了防止万一光电传感器没有检测到障碍物,机器人也可以继续运行。
l风扇的位置(风扇要对准蜡烛的中心位置,风扇扇叶不要当住光电传感器检测)
机器人扑灭蜡烛火焰的方法有很多,例如:水、风、CO2、Halon等。我们在搭建模型时要注意
你灭火装置安装的合理。
1、机器人进入房间
概述:
在比赛中,分为小学组、初中组和高中组,不同组别的竞赛难度不同。
小学组设置两个开放的房间,蜡烛将随机地放在竞赛场地的任意一个房间里。(开放3和4房间)
初中组设置三个开放的房间,蜡烛将随机地放在竞赛场地的任意一个房间里。(开放2、3、4
房间)
高中组有四个开放的房间,蜡烛将随机地放在竞赛场地的任意一个房间里。
主要模块介绍
A马达逆时针旋转自定义时间()
光电传感器比较和并图标:.
在程序中使用到了无条件跳转语句,每一对是对应的
程序:
首先我们先来做一个测试,这里我们用到光电传感器和触动传感器。
我们先在1端口连接上触动传感器,观测RCX显示屏上数值是多少?按下触动光值是多少?
现在在1端口连接上光电传感器,我们让它朝向最亮的地方光值是多少?
现在大家编写一个这样的程序,下载到RCX上,然后把两个传感器连接在1端口,我们看到RCX
显示屏上数值是多少?如果我们按下触动传感器显示数值又是多少?
这个测试告诉我们,可以把光电和触动传感器连接在同一个端口使用。编写程序时使用光电传感
器图标可以了。
我们现在利用这个功能来编写灭火机器人程序:
说明:
*程序中用2端口光电传感器检测墙壁,判断数值使用容器自动检测(在后面介绍容器部分介绍)
当光电传感器检测到数值大6号容器中数值(接近于墙壁),控制马达A马达旋转,C马达停
止。当光电传感器检测到数值小于6号容器中数值并且也小于7号容器中数值(机器人远离墙壁),
控制马达A、C旋转。
*因为光电传感器和触动传感器并联在一个端口,用2端口光电图标判断触动传感器是否被触发。
*程序循环执行。
程序中主要使用容器来记录数据,所以我们来介绍一下关于容器的使用。
代表容器本身:.
容器里的数值
容器清零
给容器赋值
容器中的运算。
把传感器采集到的数值储存到容器中。
容器中数值的判断。
编程例子:
说明:
*连接在1端口的光电传感器检测到一个数值保存在5号容器中,RCX显示屏上显示5号容器
中的数值1秒,然后给5号容器中数值加7,再把5号容器中数据赋值到7号容器中,RCX显
示屏上显示7号容器中的数值1秒后程序结束。
*通过这个程序我们可以观察到光电传感器具体采集到的数值和进行运算后数值是多少。
现在我们已经知道容器的用法了,在灭火程序中我们可以加入容器,减少人为检测数值的麻烦。:.
说明:
*在程序中使用了4、5、6、7、8五个容器。首先对五个容器清零为了保证读数准确。
*用1端口光电传感器检测环境数值,然后数值加7再保存到5号容器中。
*3、5号容器中数据加6保存到6号容器中。
*这样设计就是设置光电传感器检测范围
2、机器人寻找火源
概述:
机器人寻找火源主要依靠光电传感器,因为光电传感器检测到的火焰的亮度要比现场检测到的数
值高,当然这也与现场环境有关。我们要现场检测一下实际的光值是多少。
主要模块介绍:
事件:,你现在正在打字,这时电话铃声响了。你要停止打字去接电话。
RCX也能处理各种事件,.
触动传感器事件
光电传感器事件:.
事件开始
事件着陆
我们来举一个例子:
我们让小车往前跑10秒停2秒,不断的执行这个命令。当小车碰墙时,让它停止。在没有学事件
图标之前我们可能会这么编写程序:
这个程序有很大的缺点,如果小车是在运行的10秒内碰墙的话,车是不会停止的,只能等到12
秒后停止。那我们如何解决这个问题呢?事件图标的出现帮我们解决了。下面是用事件图标编写
的程序:
程序:
机器人在行走过程中要不断检测房间中是否有蜡烛,所以在这里我们用到了事件图标。前面我们
已经讲过事件的使用方法了。
说明:
l在这里我们主要用分别连接在1和3端口的光电传感器检测机器人前方是否有蜡烛。为了保证
数据准确,首先对传感器清零。:.
机器人的两个光电传感器,无论哪个检测到有蜡烛,机器人都进入追光程序。
说明:
l1和3端口光电传感器检测前方蜡烛来控制机器人的A、C马达运行。
l当1端口光电传感器检测到光值大于65,机器人跳出追光程序。(这时机器人离蜡烛非常接近,
已经进入30厘米白色圆圈范围)
3、机器人灭火
概述:
机器人找到火源后停下来,开始灭火。需要有一点注意的,比赛规则中说“机器人在试图扑灭火
焰前必须到达距离火焰30厘米以内,。”所
以在编写程序时,我们要检测机器人停止下来时检测到的烛光是多少。
程序:
说明:
l机器人停下,B马达开始运行,风扇灭火。
l用1端口光电传感器检测,如果还有火,马达继续灭火。
下面我们有一个完整的程序,大家可以借鉴一下:.
第5章总结
这个手册只是初级培训,当你对编程环境和模块有所了解以后,可以自己编写程序。我们希望你
制作出自己的机器人。
有什么技术问题,与我们联系。