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1、关于随时随地休息问题的探究,组员：谭一帆 谭可夫 马澎涛,指导老师：刘光,研究时间：2010年9月2011年3月,【摘要】我们经常遇到这样的情况：出门在外走累的时候，很想找个地方休息，可是凳子上坐满了人，随便坐下又觉得不舒服；记者在摄像过程中有时要用到滑动轨道，但轨道体积大，不方便架设类似的情况很多，人们也发明了一些便于携带的折叠椅之类的作品来解决随时就座的问,题，但问题依旧。究其原因，还是没有一款真正符合人们要求的椅子，于是我们就考虑设计一种便携式工具，能解决人们随时就座的问题，经过反复思考和设计，最终设计了 “休憩随身贴”这个作品，很好地解决人们出门时随时随地休息的问题,1、研究思路 为了
2、很好地解决问题，我们考虑利用机器人来解决。设计的基本思路如下： 首先是运用乐高器材搭建一个框架，其中包括以下几个组成部分：凳面、支撑支架、收放支架、方向控制器、主机、传动装置等。 然后通过编程的方式来控制机器人的运行，查找其规律，观察其收放时运动状态，传动装置的动力输出情况，记录方向控制的灵敏度，全部完成后进入下一环节。 再在上述步骤的基础上，对作品各部分组成及功能进行细化和强化，实现“随身贴”的折叠与展开，能让人马上舒服的休息；同时设计一个辅助功能，就是通过芯片的控制，可以让作品在平地上能平稳滑动前行，而且其方向可以随时调节。,2、机器人搭建 在搭建方案商讨时，我们本来想做一个类似办公室椅子
3、的三角支架，也可以自由调控方向，但三个方向的支架与方形底盘不好相连，即使勉强搭起来也会稳定性差，而且体型也会较大，所以底盘的设计是一个关键环节。 （1）底盘设计 我们用器材搭了一个方形底盘，后来又在底盘四个方向上各安一个支架，装上轮子。这样虽然可以在一定程度上增强稳定性，也可以由四个方向行进，但问题是我们的轮子是装在发动机上的，如果用我们器材中的轮子，便只能被马达所固定，就只能走一,个方向，如此，当作品向前移动时，左右方向的轮子便不能动。经过讨论，我们最终决定在前后方向上装上支架和轮子。 在制作上半部分时，我们想到要将主机安装上去。但主机太重，如果安在四周则会重心偏移，且不易安装，所以改成了以
4、个四棱柱框架，将主机放入其中，且靠近底盘以降低重心，这样在安装更容易，也好看些。搭完框架后，便做了一个大板子当凳面，固定好。,（2）方向控制设计 我们需要随时改变方向，便不得不安装触碰传感器或光电传感器，给主机传递信号。原本构想是在四棱柱框架上的四条棱上各安装一个光电传感器，4个光电传感器各控制一个方向。这种想法虽好，但对于编程的同学来说太过困难，所以不得不另换思路。 后来通过小组讨论，我们得出一条方案，便是在底盘下部制作一个方向盘，控制前2个轮子的转动，并要改出来便于使用者操作，而后2,个轮子则依靠马达提供的动力向前驱动，随后在板面下左右两边各安装一个触碰传感器，控制整个机器的运行方向。 这
5、个过程耗费了相当长的时间：在安装方向盘时，因为方向盘控制前轮的转动方向，而且是在底盘下部固定方向盘，而方向盘又要引出来，所以只能从后方引出，而从正后方这出会使使用者很不方便；又考虑从右后方引出，这虽然可行，但拼装过程很是困难，我们找了许多元件都不合适，方向盘要转动，而引出来的方向和底盘下部固定的方向不同，要使固定的地方中的棍子转动，必须在转折点找一个合适的元件，通过不懈努力，我们克服了这一困难。,（3）功能设计 在基本的大体构型制作好后，可以说作品的大部分已经完成，现在已经可以实现休憩随身贴的功能了。不过我们还是考虑到不同的人群适用的高度不同，所以我们还增加了一项任务，使机器能升高降低。开始时
6、我们还无灵感，不知如何下手。不过我们无意间看到了一件作品-升降房屋，顿时兴奋起来。我们依照升降房屋的结构特点，仿照了一个升降器，装在主机和板面之间，方便人们升降高度，到达自己满意的高,度。在综合分析和讨论过程中，我们综合了一些优秀的设计方案，如尽量缩小支架与底盘的夹角，减小张开程度，使作品体型小巧灵活等，在经过不断修改完善后，最终搭建出符合适合的方案。,3、程序部分（背景即是部分程序展示） 为了让我们的作品能够顺利的运动起来，还必须给它加载“智能”，而这个智能则是通过电子程序编辑地方式来实现的。经过小组内部的讨论，并综合了指导老师给出的建议，我们选用了NXT的智能主机控制端，再结合我们这项作品
7、的便于输入指令的实际需要，选用了红外线光感测试仪与主机配合的形式，来完成信息的输入和主机指令输出的目标。在程序编辑过程中由于最初计划由4个红外线光感测试仪分别接收前、后、左、右四个信息，而NXT程序控件中只能执行“一列”数据，而不能同时接收并处理4个数据。这样就导致了在程序编辑过程中过于繁琐的程序路线。在意识到这个问题之后，我们并未急于动手，而是在书面上详细的讨论了程序各个功能区和它们之间的衔接部分，在进过基本演算之后我们再次进行了整个程序的编辑。编辑完成后，在机器上进行实际检验操作时，由于程序的各个判断部分过多，导致了系统停顿时间过长，使得整个机器在运行上极不流畅，最后在老师的建议之下，我们
8、改进了整个作品的设计，并将光控传感器改为对信息更敏感且更便于操作的触控传感器，随着作品搭建方面的改变省去了管理左，右功能地两个传感器的数据处理量。在接下来的程序编制之中我们吸取了前一次失败的经验与教训。首先从最基本的前后运动开始，再考虑实际情况需要逐步添加子程序，最后程序由简到繁基本实现了前期对作品的各类需求。,四、作品验证,经过反复的修改和加载“智能”，我们将作品制作出来，并进行了验证，效果非常不错。我们设计的这个便携式工具，能很好地解决人们出门时随时随地休息的问题。 这个作品在科学性、先进性和实用性方面还有如下特点： 科学性：作品由乐高积木组件构成，设计科学合理。 先进性：运用编程方式控制
9、前进方向，可以随时更改控制方式和方法。 实用性：出门在外可以方便携带，可以在平地平稳移动。速度适宜，便于进行场馆的游览和景点观光。 创新点：方便携带，可在一定高度上进行升降；在平地上可以平稳移动；移动方向可以控制。,在此次活动中，虽说在最后我们基本完成了作品，并且在一定程度上实现了发明最初的设想。但由于第一次接触此类机器人的搭建，在许多方面仍显稚嫩。应此在后续的讨论中，小组成员就“休憩随身贴”未来进行了更远的规划。首先我们可以通过触动传感器控制电机速度，从而控制机器人行走速度，使这个发明创造更加人性化。而且通过编程使其可以解放使用者的双手，通过一次按键便可以实现运动的变化趋势。这样“随身贴”便
10、可以使用在记者在摄像过程中，帮助其进行工作，也使得发明的多样化得以体现。,五、研究拓展,六、心得体会 在机器人的研究发明中，我们遇到了许多困难，实验方案也几经修改。在每次的彻底失败前，大家都有点灰心，应为每一个方案的制定与实施都耗费了组员的大量时间与精力，但失败是无情的我们三人从未想要过放弃。在机器人的研发方面我们都是新手，在一次次失败后的总结中我们得到了提升，搭建技术和编程技巧到得到了提高，而更重要的是这种发明思维的养成。功夫不负有心人，最终我们通过自己的努力完成了这一作品。也是对我们今后的发明活动地一大鼓舞。在实际发明中，我们三人共同探究。团结合作也是此项发明得以实现的重要条件。总之在此次发明过程中，我们共同学习，精诚合作学到了许多。,七、活动记录,整体结构设计,整体模型,加载“智能”,底座设计,Bye,谢谢观赏,