初中九年級信息技術(shù)讓機(jī)器人走迷宮

讓機(jī)器人走迷宮任務(wù)導(dǎo)航機(jī)器人不僅可以在簡單的環(huán)境中前行、轉(zhuǎn)彎，還可以在硬件和軟件的配合下，執(zhí)行諸如走迷宮這樣復(fù)雜的任務(wù)。在迷宮中，機(jī)器人依靠適當(dāng)?shù)膫鞲衅鳈z測、識(shí)別環(huán)境，按設(shè)計(jì)的算法指揮機(jī)械裝置，輕松地穿越迷宮。任務(wù)一設(shè)計(jì)走迷宮機(jī)器人與大多數(shù)簡易機(jī)器人一樣，納英特機(jī)器人硬件也主要是由傳感器、控制器、電機(jī)和機(jī)械裝置等部分構(gòu)成（見圖3-1）?？刂破鞯囊贿呌泻芏鄠鞲衅鹘涌冢ㄒ妶D3-2），朝前的一側(cè)從左到右依次為3?10號(hào)接口，共8個(gè)。其中3?6號(hào)接口適合接模擬傳感器，7?10號(hào)接口適合接數(shù)字傳感器。另一側(cè)從左到右是11?15號(hào)數(shù)字接口?？刂破鞯牧硪贿吺请姍C(jī)的接口（見圖3-3），從左到右分別為motor0、motor1、motor2、motor3。組裝仿真機(jī)器人小車時(shí)，我們一般把左邊的電機(jī)接在motor0上，右邊的電機(jī)接在motor1上。紅外光避障傳感器有一對紅外信號(hào)發(fā)射與接收二極管，發(fā)射管發(fā)射特定頻率的紅外光信號(hào)，接收管接收這種頻率的紅外光信號(hào)，當(dāng)檢測方向遇到障礙物時(shí)，紅外光信號(hào)反射回來被接收管接收（見圖3-6）。機(jī)器人就是利用紅外光的返回信號(hào)來識(shí)別周圍環(huán)境變化的。工作時(shí)，紅外光避障傳感器檢測到信號(hào)時(shí)指示燈亮紅燈并輸出1，無信號(hào)時(shí)指示燈不亮并輸出。為了設(shè)定紅外光避障傳感器的檢測距離，我們常在其檢測方向的給定距離處，放置一個(gè)與實(shí)際物體類似的障礙物。如果此時(shí)指示燈亮，用一把小十字螺絲刀將調(diào)節(jié)器逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)至指示燈剛好不亮為止；如果此時(shí)指示燈不亮，將調(diào)節(jié)器順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)至指示燈剛好亮起為止。逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)器將紅外光避障傳感器的檢測距離調(diào)近，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)器將紅外光避障傳感器檢測距離調(diào)遠(yuǎn)。按照上面的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析，如果只在機(jī)器人的正前方安裝一個(gè)紅外光避障傳感器，則很難全面地獲取環(huán)境信息，因此可以將紅外光避障傳感器調(diào)整至右前45°的位置，讓紅外光避障傳感器盡可能多地為機(jī)器人提供環(huán)境信息（見圖3-8）。我們將此方案作為走迷宮機(jī)器人的1號(hào)方案，當(dāng)然還可以設(shè)計(jì)出許多其他的方案。任務(wù)二探究走迷宮的算法由于機(jī)器人是依靠傳感器獲取外界環(huán)境的信息來控制自身的行為動(dòng)作的，因此傳感器的裝配對機(jī)器人完成任務(wù)的算法有著直接的影響。1號(hào)方案的機(jī)器人紅外光避障傳感器裝配在其右前45°的位置，因此它只能檢測到右側(cè)的墻壁。如果讓機(jī)器人走迷宮，它的行走將會(huì)是下面的情形：紅外光避障傳感器檢測到墻壁則左轉(zhuǎn)，檢測不到墻壁則右轉(zhuǎn)（見圖3-9）。如果用流程圖描述1號(hào)方案機(jī)器人走迷宮的算法，可得到如下的流程圖（見圖3-11）。1號(hào)方案的算法設(shè)計(jì)中，一個(gè)紅外光避障傳感器的設(shè)計(jì)顯然制約了機(jī)器人穿越迷宮的能力。那么，改進(jìn)1號(hào)方案的紅外光避障傳感器設(shè)計(jì)，使用兩個(gè)紅外光避障傳感器，將它們一個(gè)安裝在正前方，一個(gè)安裝在右前方，讓機(jī)器人在其前方和右邊都獲得足夠多的環(huán)境信息，我們以此作為2號(hào)方案。機(jī)器人沿迷宮墻壁的右側(cè)行走，讓機(jī)器人走遍迷宮所有房間，這是走迷宮的一種方法，我們稱這種方法為“右手法則”?！坝沂址▌t”是右轉(zhuǎn)優(yōu)先的算法設(shè)計(jì)，也可以說成：能右轉(zhuǎn)就右轉(zhuǎn)，否則就前行或左轉(zhuǎn)。任務(wù)三編寫走迷宮程序程序編寫與硬件的端口連接關(guān)系密切，所以在編程前，我們要明確機(jī)器人傳感器、電機(jī)等組件的連接接口。NSTRobot是納英特機(jī)器人編程的軟件平臺(tái)，它既提供了直觀的閣形化編程方式，又可以從流程圖自動(dòng)生成C語言的程序代碼，為代碼方式編程創(chuàng)造了過渡性的環(huán)境。雙擊桌面上的NSTRobot軟件圖標(biāo)，啟動(dòng)NSTRobot程序，會(huì)彈出如圖3-15所示的窗口。其中，執(zhí)行器模塊庫包含機(jī)器人的各類動(dòng)作操作；控制模塊庫包含各種程序流程圖的控制；流程圖編輯區(qū)可通過拖放方式將某個(gè)模塊拖至流程圖區(qū)，顯示、編輯流程圖；C代碼顯示區(qū)顯示由流程圖自動(dòng)生成的C語言程序代碼。1號(hào)方案機(jī)器人的紅外光避障傳感器連接在12號(hào)數(shù)字接口，當(dāng)它檢測到墻壁就返回?cái)?shù)字1，否則返回?cái)?shù)字0。按照其走迷宮的算法設(shè)計(jì)：看不到墻壁就右轉(zhuǎn)，否則就左轉(zhuǎn)，我們可以先用流程圖做如下的編程（見圖3-21）。接著，使用“控制模塊庫”中的“條件循環(huán)”。雙擊“條件循環(huán)”并設(shè)置其參數(shù)為“永遠(yuǎn)循環(huán)”（見圖3-22）。再使用“控制模塊庫”中的“條件判斷”，雙擊流程線上的“條件判斷”并設(shè)置其參數(shù)，單擊“增加條件”按鈕并確定（見圖3-23）。這樣就完成了程序編寫。綜