【中学生创客.虚拟机器人】3.3盘山小路

第三节 盘山小路

机器人惊险的穿过了悬浮桥，现在它来到了一个丁字形路口，从图 3-3-1 上分析，往右转，是一条断头路；往左转，是一条盘山小路。小路环绕着山体向上，宝藏就在一定高度的山上等着我们呢。那我们是要左转还是右转呢？那当然是左转上山咯。

图 3-3-1

一、任务初探

机器人过了悬浮桥后，初始朝向就不是很确定了。有时候朝向左边，有时候朝向右边，  还有时候大致朝着中间。机器人的朝向是随机出现的，并且在我们运行仿真前，我们也不知道机器人的初始朝向。而且，在运行仿真复位时，机器人的初始朝向也会随机变化，如图3-3-2 所示：

图 3-3-2

这个任务要求机器人从起始点出发，到达丁字路口时，要左转进入盘山小道。盘山小道非常狭窄，一边是高大的山体，一边是光滑的护栏。机器人在上山的过程中，会在某个地方出现一个提示，告诉我们宝藏的海拔高度，这个海拔高度是固定的，但是在第一次运行虚拟仿真前，我们并不知道这个高度值。机器人在上山过程中，当达到这个海拔高度时，机器人就要停下来。

同学们，那我们有什么办法，不管它的初始朝向是怎么样的，都能让机器人转向左边路口呢？

二、知识汲取

（一）指南针传感器

指南针传感器用来获取方向，它上面有一个“N”(北方) 的标志，返回值为该标志与场景的正北（+Z 轴）方向的夹角， 返回值为 0~359 度，精度为 1 度。使用是需要水平安装，且指

 

针面朝上，否则可能无法正常工作。外形图如图 3-3-3 所示。

图 3-3-3 指南针传感器

（二）海拔高度计

海拔高度计返回传感器相对海平面的垂直距离，返回值为整形。仿真场景的海平面是 Y 轴坐标为 0 的 XZ 平面，海拔高度计的位置高于海平面时返回正值，低于海平面时返回负值。外形图如图 3-3-4 所示。

图 3-3-4 海拔高度计

三、实践验证

（一）任务分析

因为机器人的初始方向不确定，所以机器人在到达丁字路口时，我们也不知道机器人要转多少角度，这样用时间法来转到左边路口就变得不可行了。但是，我们可以先想办法，让机器人在一开始运行后，就转到一个固定的角度。这就要请出指南针传感器了。任务中设定，  机器人的正前方方向为 90 度，左边正方向为 0 度，右边正方向为 180 度。所以，当机器人

的朝向小于 90 度时，我们让机器人右转，一直转到朝向 90 度；当机器人的朝向大于 90 度

时，我们让机器人左转，一直转到朝向 90 度。但这里有个问题，机器人在刚转到 90 度值时， 理论上机器人应该停止转动，但在实际情况时，机器人在转动时会有惯性，它很难精确在

90 度方向停止，很有可能大于或小于 90 度。这样，机器人可能会一直在调整方向。所以我们可以设置一个 80~100 度的缓冲区，只要机器人的朝向转到这个区间，机器人的方向就算调整好了。因为机器人的起始点与丁字路口的距离很短，所以这点角度误差还是可以接受的。

机器人的起始点与丁字路口的距离很短，虽然我们可以给机器人前面装一个障碍传感器，让它检测正前方的山体后再开始转下左边路口，但这样显得小题大做了。我们可以用最简单的时间法，让机器人走到丁字路口，再左转一定的时间，让机器人转向左边路口。

进入左边路口后，机器人就要上山了。宝藏的海拔高度一开始并不知道，所以我们还需要先写个程序让机器人上山，我们可以实现设置一个临时高度值，在机器人上山的过程中，  出现宝藏的海拔高度提示值后再结束仿真运行，编辑程序，把得到的值写入程序中。

机器人该如何上山呢？在前面机器人走迷宫的课中，我们学习了利用障碍传感器沿着墙壁走的方法。在这里，上山的路非常狭窄，只比机器人本身宽一点点，如果利用障碍传感器沿着墙壁走的方法，程序会很难调试，即使能前进，速度可能也会非常慢。那干脆我们抛掉障碍传感器，给机器人的左右两边装上导轮，机器人就一个劲的向前冲吧。

（二）搭建机器人

进入搭建机器人平台，我们还是可以先从模版里拖出一个初始机器人，初始机器人包括了基本的主机和马达。

安装指南针传感器和测量海拔高度。我们需要海拔高度计。这两种传感器都在传感器面板中，安装的时候要注意，把指南针上的 N  标志跟机器人主机的默认正前方保持一致。端口设置为 32。海拔高度计可以安装在机器人的后半部分，端口设置为 33。

 

导轮的作用就是保证当机器人前部撞到墙时，机器人不会卡死，而是在电机的作用力下，可以继续贴着墙壁前行。所以导轮可以选择直径小一点、摩擦力小一点的轮子，我们这里选择直径为 3，厚度为 1 的轮子。如图 3-3-6 所示。轮子需要用电机固定，但此电机仅仅用来固

定轮子，并充当转轴。所以，电机并不需要给它连上任何接口。电机如图 3-3-7 所示。我们

还需要给机器人添加一些安装块，用来固定电机。安装参考图如图 3-3-8 所示：

图 3-3-8 安装参考图

2.检查一下四个马达的端口号，确认左边马达端口为 1 号和 2 号，设置为“反转电机”，

右边马达端口号为 3 号和 4 号。另存该机器人名称为“机器人_魔幻寻宝_3_3”。

（三）设计程序

1．任务动作分析并绘制流程图

机器人在出发时，我们就要调整机器人的角度，让机器人调整到 80 至 100 度的区间内。

当机器人初始朝向小于 80 度角时，让机器人左转，直到大于或等于 80 度角；当机器人

初始朝向大于 100 度角时，让机器人右转，直到小于或等于 100 度角。再接下去让机器人直行到路口，左转。后面的两个动作我们都用延时法，可能要经过几次调试，才能完成的比较好。这段流程图如图 3-3-9 所示。

图 3-3-9 调整角度

转向左边路口后，机器人就要开始沿着盘山小路往上冲了，这里，我们主要是要判断机器人是否到达指定的海拔高度了，到达这个高度就要停止往前。流程图如图3-3-10 所示。

只是这个指定的海拔高度需要机器人运行仿真后才可以知道，所以我们可以先用某个大一点的海拔高度值代替，等知道具体值后再修改程序。

图 3-3-10 检测海拔高度计

 

 

2．程序编写

在离线主界面中点击【编写程序】进入程序编辑窗口，单击【新建】按钮新建程序，选择机器人为“机器人_魔幻寻宝_3_3”。

机器人刚运行时调整方向程序可分成两个判断区域，如图 3-3-11 所示。程序的参考值

如表 3-3-1 所示。

图 3-3-11 调整方向

表 3-3-1 第一个判断模块利用“指南针传感器”判断方向是否小于 80 度

序号	功能模块	参考值
1	判断条件为指南针传感器	32 端口，值小于 80
2	当值为小于 80 时	直流电机向右偏转运行（具体值请自行调试）
3	当值为大于 80 时	进入第二个判断模块

表 3-3-1 第二个判断模块利用“指南针传感器”判断方向是否大于 100 度

序号	功能模块	参考值
1	判断条件为指南针传感器	32 端口，值大于 100
2	当值为大于 100 时	直流电机向左偏转运行（具体值请自行调试）
3	当值小于 100 时	跳出循环，方向调整完毕

机器人调整方向后直行一小段时间，再左转差不多 90 度左右，都用时间法即可。

机器人在盘山小道上前进的程序可参考如下图：程序比较简单， 只是一开始海拔的值要用个大点的数值代替， 待运行过程中出现宝藏

 

图 3-3-12 机器人爬山

的高度提示后再返回程序修改即可。程序可参考图 3-3-12。

最后将程序以“机器人_魔幻寻宝_3_3”为文件名保存起来。

（四）进入仿真

单击【开始仿真】并选择【新建仿真】，并以此选择任务、机器人、程序，并输入仿真包文件名，以便下次可以快速的打开这个项目，最后单击【保存进入】按钮进入到仿真界面。

机器人在冲上一段距离后，就出现了宝藏的海拔高度提示，停止仿真运行并修改程序即可。不过假如你到了指定的海拔高度还继续往前冲的话，任务可是算失败的哦。

四、课后提升

1．在调整机器人初始朝向时，同学们可以尝试缩小调整的角度区间，看自己最多能缩小到多小的区间。

2．大家可以试着调整机器人上山的速度，看机器人可以用多少的速度绕着盘山小道到达指定海拔高度的位置。