机器人融合了机械、电子、计算机、通讯等多学科领域的知识，是一项综合多学科知识和技能的科技活动。为了更好地开展青少年机器人活动，鼓励更多的青少年机器人爱好者迅速成才， 中小学阶段普遍选择设计制作难度适中的寻迹机器人作为机器人活动平台。
寻迹机器人是指能沿一条预定黑线行走的机器人，也叫循迹机器人，或寻线机器人。它是通过灰度传感器识别地面上的黑线轨迹，随时调整自己的运动方向以使自己始终沿着黑线轨迹行走的机器人。
寻迹机器人的设计分为两部分：车体设计和控制器程序设计。
一、寻迹机器人的车体设计
寻迹机器人要能沿一条预定黑线行走，车体应具有前行、后退、左转、右转等机械功能，且转向灵活。并且在沿黑线行走的同时还要能完成设定的任务，那车体还应可方便搭载各种功能模块，比如机械手，控制器等。基于上述要求，寻迹机器人车体的设计一般有以下四种结构情形。
１、前轮驱动
前轮驱动的小车一般是由左右两个动力轮和一个万向轮构成，动力轮位于车头，万向轮位于车尾，如下图所示。该车体结构通过左右动力轮同时正转，实现车体前行；左右动力轮同时反转，实现车体后退；左右动力轮一个正转，另一个反转，或一个正转，另一个停转来实现左转、右转。
２、后轮驱动
后轮驱动的小车一般是由左右两个动力轮和一个万向轮构成，动力轮位于车尾，万向轮位于车头，如下图所示。该车体结构也是通过左右动力轮同时正转，实现车体前行；左右动力轮同时反转，实现车体后退；左右动力轮一个正转，另一个反转，或一个正转，另一个停转来实现左转、右转。
３、中轮驱动
中轮驱动的小车一般是由两个动力轮和两个万向轮构成，动力轮位于车体中间，一个万向轮位于车头，另一个万向轮位于车尾，如下图所示。该车体结构通过左右动力轮同时正转，实现车体前行；左右动力轮同时反转，实现车体后退；左右动力轮一个正转，另一个反转，或一个正转，另一个停转来实现左转、右转，并且转向灵活。
４、四轮驱动
四轮驱动的小车一般是由四个动力轮构成，两个动力轮位于车头，另两动力轮位于车尾，如下图所示。该车体结构通过左右动力轮同时正转，实现车体前行；左右动力轮同时反转，实现车体后退；左右动力轮一个正转，另一个反转，或一个正转，另一个停转来实现左转、右转。并且动力强劲，转向灵活，适用范围广。
二、寻线机器人程序设计
１、寻迹机器人的工作原理
寻迹机器人要实现寻迹，须在车体上安装灰度传感器和控制器。灰度传感器识取地面上的亮度信息，并输送给控制器进行处理，控制器处理信息后输出控制信号，控制动力轮电机正转、或反转、或停转，从而实现车体前行、或后退、或左转、或右转，从而完成寻迹任务。如下图所示。
２、寻迹机器人的寻迹原理
寻迹机器人不管采用双灰度传感器寻迹，还是三灰度传感器寻迹，五灰度传感器寻迹，寻迹原理是相同的。下面以双灰度传感器寻迹为例说明寻迹机器人的寻迹原理。
双灰度传感器寻迹，车体左右各安装一个灰度传感器，要寻的黑线在两个灰度传感器之间，如下图所示。当右灰度传感器碰到黑线时，车体应向右转，使黑线始终能在两个灰度传感器之间，此时控制器应让右动力轮反转或停转，左动力轮保持正转。反之当左灰度传感器碰到黑线时，车体应向左转，使黑线在两个灰度传感器之间，控制器输出的控制信号应让左动力轮反转，右动力轮保持正转，如此循环反复，寻迹机器人便能完成寻迹任务。
３、寻迹机器人程序设计
编程前需做两件准备工作：⑴、明确灰度传感器在越黑的区域上识取的亮度值是越大还是越小。⑵、计算灰度传感器在黑色区域上方2cm左右识取的亮度值加在白色区域上识取的亮度值再除2的值，用b表示。
寻迹机器人采用双灰度传感器寻迹、或三灰度传感器寻迹、或五灰度传感器寻迹，程序设计的算法是相同的。下面以双灰度传感器寻迹为例说明寻迹机器人的程序设计。
假设左灰度传感器识取的亮度值为b1，右灰度传感器识取的亮度值设为b2，双灰度传感器寻迹机器人程序设计的算法如下图所示（假设灰度传感器在越黑的区域上识取的亮度值越大）。该程序段循环反复执行，寻迹机器人就能完成寻迹任务。
论文作者:宋奕
论文发表刊物:《教育学文摘》2019年第10期
论文发表时间:2019/11/21
标签：灰度论文; 车体论文; 机器人论文; 传感器论文; 动力论文; 黑线论文; 所示论文; 《教育学文摘》2019年第10期论文;