乐高机器人巡线原理
ev3循线小车原理
ev3循线小车原理EV3循线小车原理EV3循线小车是一种基于LEGO Mindstorms EV3套装的机器人，它可以根据预先设定的程序，在地面上自动跟踪黑线行驶。
它的原理是通过使用EV3主控模块和光线传感器来实现。
EV3循线小车的核心组件是EV3主控模块，它是机器人的大脑。
EV3主控模块内置了Linux操作系统，可以控制机器人的各个部分进行协调工作。
它有多个端口，可以连接各种传感器和执行器。
在EV3循线小车中，我们使用光线传感器来检测地面上的黑线。
光线传感器是EV3循线小车的感知器官，它可以测量周围环境的光线强度。
在循线小车中，光线传感器被放置在车体的底部，与地面保持一定的距离。
当小车行驶在黑线上时，光线传感器会检测到地面上的黑色，并产生一个信号。
根据信号的强度，我们可以判断小车是否偏离了黑线。
EV3主控模块通过编程控制小车的行为。
在循线小车中，我们可以使用LEGO Mindstorms EV3软件来编写程序。
首先，我们需要将光线传感器与EV3主控模块连接，并在程序中指定传感器的端口。
然后，我们需要设置传感器的模式为反射模式，这样传感器就可以测量地面上黑线的反射光强度。
在程序中，我们可以使用条件语句来判断光线传感器测量到的光强是否小于一个阈值。
如果光强小于阈值，说明小车偏离了黑线，我们就可以通过控制执行器使小车调整方向。
例如，我们可以通过转动电机来改变小车的行驶方向，使它重新回到黑线上。
如果光强大于阈值，说明小车仍在黑线上，我们可以继续沿着黑线行驶。
除了基本的循线功能，我们还可以对EV3循线小车进行扩展。
例如，我们可以添加陀螺仪传感器来测量小车的倾斜角度，从而实现更精确的控制。
我们还可以添加颜色传感器，使小车能够识别不同颜色的线路。
通过不同颜色的线路，我们可以给小车设置不同的指令，实现更多样化的行为。
总结起来，EV3循线小车是一种基于LEGO Mindstorms EV3套装的机器人，它通过使用EV3主控模块和光线传感器来实现循线功能。
乐高机器人巡线基础学习知识原理
乐高机器人巡线基础学习知识原理1.机器人结构：乐高巡线机器人的结构包括车身、车轮、足底传感器和光电感应装置。
车身是乐高积木组成的，在车身上设置两个车轮以及一个或多个足底传感器。
光电感应装置则安装在车体的前端，用于感知线路。
2.巡线原理：乐高巡线机器人的巡线原理可以概括为光电感应+反馈控制。
在指定的线路上，机器人通过光电感应装置感知到不同的光线变化，然后通过反馈控制调整车身的运动方向，以保持机器人在线路上的移动。
3.光电感应装置：光电感应装置是乐高巡线机器人的核心部件，用于感知线路的存在和位置。
它由发射光源和接收光敏元件组成。
光源通常使用红外光发射管，发射出一束红外光，光敏元件则是光电二极管或光电三极管，用于接收红外光的反射信号。
4.巡线算法：乐高巡线机器人的巡线算法一般有两种：二值巡线和灰度巡线。
-二值巡线：机器人通过光电感应装置感知到黑线和白线之间的差异，将巡线任务简化为判断当前传感器所在位置的颜色是黑色还是白色来决定机器人的动作。
例如，当感知到黑线时机器人向前移动，当感知到白线时机器人停止或者改变方向。
-灰度巡线：机器人通过光电感应装置感知到线路上不同位置的灰度值，然后将灰度值映射到具体的动作，以实现机器人在线路上的移动。
通常使用PID控制算法进行反馈控制，使机器人能够更稳定地行进在线路上。
5.编程：乐高巡线机器人需要通过编程来实现巡线算法。
乐高提供了Scratch编程软件和乐高编程环境（EV3 Programming）供学习者使用。
根据具体巡线算法的要求，编程包括设置传感器参数、编写巡线代码、设定反馈控制策略等。
总结：乐高机器人巡线基于光电感应原理，通过感知线路的存在和位置来保持在指定线路上的移动。
巡线算法包括二值巡线和灰度巡线，通过编程实现。
乐高巡线机器人是机器人教育中的基础项目，通过搭建和编程实践，学习者可以掌握机器人编程和感知能力的基本原理。
机器人巡线的原理
机器人巡线的原理
机器人巡线是一种常见的自主移动机器人应用，其原理基于传感器和控制算法。
机器人通过使用各种传感器来检测环境信息，如墙壁、障碍物、线路等，并使用这些信息来规划自己的路径并避免碰撞。
机器人巡线的基本原理包括以下几个方面：
1. 传感器检测：机器人通常使用多种传感器来检测环境信息，如墙壁、障碍物、线路等。
这些传感器可以包括红外传感器、激光雷达、摄像头等。
2. 路径规划：机器人使用传感器检测到的信息来规划自己的路径。
路径规划算法可以使用各种方法，如蚁群算法、遗传算法、粒子群算法等。
3. 控制算法：机器人使用控制算法来控制自己的运动。
控制算法可以使用各种方法，如PID 控制、模糊控制、神经网络控制等。
4. 避障：机器人使用传感器检测到的信息来避免碰撞。
避障算法可以使用各种方法，如距离传感器、激光雷达、摄像头等。
5. 导航：机器人使用传感器检测到的信息和路径规划算法来导航自己的路径。
导航算法可以使用各种方法，如地图匹配、视觉导航、惯性导航等。
总之，机器人巡线的原理是基于传感器和控制算法，通过检测环境信息、规划路径、控制运动、避障和导航等方面来实现自主移动和巡线任务。
legao巡线机器人实验报告
电子科技大学实验报告学生姓名：涂冬冬等学号：280800300指导教师：任玉琢实验地点：科研楼A221 实验时间：2010年10月28日一、实验室名称：机器人远程控制国际联合实验室二、实验项目名称：Legao巡线机器人三、实验原理：机器人通过检测反射回来的光的强度来判断机器人与线的位置偏差。
双光感巡线的逻辑运算直接判断两个光感的接收到的光的强度。
如果左边的光感检测到黑，就左转（机器人位置右偏）。
如果右边的光感检测到黑，就右转（机器人位置左偏）。
如果2个光感都没检测到黑线，就直走（机器人位置合适）。
特别注意：小车速度过快，导致小车冲出线外，此时机器人也检测不到黑线。
调节速度，避免出现此种情况。
四、实验目的：1、熟悉lejos软件的操作2、了解基于legao的巡线机器人的基本原理3、初步掌握Java语言编程五、实验内容搭建巡线机器人平台安装软件平台编写巡线程序六、实验器材NXT1个，马达2个，光电传感器2个，电池6节，车轮、轴、销若干七、实验步骤1.搭建巡线机器人1)准备NXT2)连接马达3)固定马达4)连接轮子5)安装前轮6)安装光电传感器2.安装软件平台1)安装Java 开发工具包JDK（Java Development Kit）2)安装乐高USB 驱动程序3)安装Lejos4)安装Libusb，刷新NXT的Firmware5)解压、运行Eclipse3.程序调试4.小车巡线八、实验数据及结果分析：九、实验结论：1、通过本次实验、验证了Lego机器人，制作巡线机器人的可操作性；2,、在了解到各个部件及其功能特性组织的前提下，对车的组件进行拼装，得到一部性能稳定，可靠性高的巡线线小车；3、所制作好的单传感器能在两条黑线与白线之间按迹行走；十、总结及心得体会：通过本次实验，加深了我们对巡线机器人的了解，更进一步的掌握了各部件之间的功能特性，让我们在更多的实验当中灵活利用各个部件以实现结构更加复杂，功能更加强大的机构或机器。
ev3双光电巡线原理
EV3双光电巡线原理是使用两个光电传感器来实现机器人的巡线功能。
以下是简要的双光电巡线原理说明：
1. 硬件配置：将两个光电传感器连接到EV3智能砖上的输入端口。
通常传感器布置在机器人的底部，使其可以读取地面上的黑线或白线。
2. 巡线原理：光电传感器通过向下发射光束并检测反射光来感知地面的颜色。
在巡线任务中，传感器会周期性地读取反射光的亮度值。
根据亮度值，机器人可以确定它是否在黑线上。
3. 差分测量：使用两个光电传感器，可以进行差分测量来确定机器人的位置相对于黑线的偏移。
当机器人正处于黑线中间时，两个传感器读取的亮度值应该相等。
如果机器人偏离黑线，两个传感器读取的亮度值将不同。
4. 偏移计算：通过计算两个传感器读取值的差异，可以确定机器人的偏离程度。
机器人可以根据这个偏离程度调整自己的行进方向，使得两个传感器读取的亮度值趋于一致，从而回到黑线上。
5. 控制策略：根据机器人当前的偏离情况，可以采取不同的
控制策略来使机器人保持在黑线上，例如PID控制算法等。
根据两个传感器的亮度差异，确定机器人需要调整的方向和速度。
总之，EV3双光电巡线原理是通过使用两个光电传感器，测量亮度差异来确定机器人相对于黑线的偏离程度，从而控制机器人沿着黑线行进。
这种巡线原理在机器人竞赛和自动导航等领域广泛应用。
让机器人巡线不脱线
图1图2图33.如果黑线所测光的值为D (35)，白线 所测光的值为E (55)，M 后程序中所用的判 断值为 F =(D +E )/2=(35+55)/2=45泛编程如图4所;机器人启动，前规0.3 圈s3号颜色传感器检测到反射光强度小于45时，B 马达以功率30向右旋转，(：马2018.3发明与创新•中学生■O巡©湖南师大附中梅溪湖中学高1609班谢宇翔在平常的训练中，我发现用巡线完成相 关任务时，机器人常常出现脱线的情况。
于是，我尝试对机器人巡线的方法进行优化g一、机器人颜色传感器巡线1.机器人巡线仃务如图1所示，机器人 如图2所示a二、机器人巡线的工作原理颜色传感器选择模式有三种，一种是反射光强度，第二种是颜色，第三种是环境光强 度0这里我主要研究的是反射光强度。
1. T 作原理。
巡线就足沿着•条黑线走,原现足通过检测反射光的强度，判断机器人4线的!1卩丨交界处的位置，当检测到 黑线时向右转，检测到白线时向左转。
2.EV 3测光。
机器人与电脑连接后#在编程窗口町以乜接打到所测光的值(如图3)&1 AB -90i C -8510 0gm <^\3 -10442玩转机器人达停止，机器人回到黑白交界处。
当3号颜 色传感器检测到反射光强度大于45时，C 马达以功率30向左旋转，B 马达停止，机器 人回到黑白交界处，同时一直左右摇摆前 进。
通过不断改变B 、C 马达的功率，可确保 机器人正常巡线。
三、 问题分析机器人颜色传感器巡线时，有时可以正 常巡线，有时脱离黑线，除了不断改变B、C 马达的功率以确保正常巡线外，还要考虑传 感器的安装高度和环境光对传感器的影响。
前面所写的程序是一个死循环，可用马 达的角度传感器或时间、计数、逻辑跳出该死 循环。
四、 问题解决1.机器人巡线时，安装髙度越高，外界自然光对它的影响越大。
经过多次试验，我发现 当颜色传感器的离地髙度在5m m 以内时，自 然光对它的影响非常小。
小学课后服务EV3乐高机器人一阶15双光感巡线
1.硬件资源：EV3乐高机器人套件、计算机、双光感传感器、巡线用场地。
2.软件资源：EV3编程软件、课堂演示PPT、教学视频。
3.课程平台：学校多媒体教学平台、教室网络环境。
4.信息化资源：数字化教学资源库、在线教学管理系统。
5.教学手段：讲授、演示、实践操作、小组合作、互动问答、评价反馈。
板书内容：
-双光感巡线原理
1.光感传感器工作原理
2.巡线算法介绍
- EV3编程操作
1.编程步骤
2.常见问题解析
-乐高机器人搭建技巧
1.结构设计
2.传感器布局
2.板书结构：清晰、条理分明，以大纲形式呈现，方便学生抓住重点。
3.板书特点：
-简洁明了：用关键词和简洁的语句概括知识点，避免冗余。
-突出重点：对双光感巡线原理、编程操作和搭建技巧等关键内容进行加粗或使用不同颜色标注。
同时，学生在学习过程中掌握了以下方法：
-案例分析方法：通过分析实际案例，了解双光感巡线在现实生活中的应用，提高问题解决能力。
-对比学习方法：通过比较单光感传感器与双光感传感器的优缺点，深入理解双光感巡线的技术特点。
-反思评价方法：在完成实验操作和小组讨论后，学生能够对自己的学习过程进行反思，找出不足之处，不断提高。
课后拓展
1.拓展内容：
-阅读材料：推荐学生阅读与双光感传感器相关的科普书籍或文章，了解传感器技术的发展历程、应用领域及未来发展趋势。
-视频资源：推荐学生观看乐高机器人双光感巡线操作演示视频，了解不同场景下双光感巡线的实际应用。
2.拓展要求：
-鼓励学生在课后利用学校图书馆、网络资源等途径，收集与双光感传感器相关的资料，加深对传感器知识的了解。
乐高机器人巡线原理
乐高机器人巡线原理1.乐高机器人：这是整个系统的核心部分。
乐高机器人通常由一个中央控制器组成，该控制器上连接了各种传感器和执行器。
中央控制器用来接收和处理传感器的数据，并输出相应的信号来控制执行器的动作。
2.巡线传感器：这是乐高机器人巡线的关键部分。
巡线传感器通常是一种光电传感器，用于检测地面上的颜色变化。
巡线传感器通常由一个发光二极管（LED）和一个光敏电阻组成。
LED会发射出红外线，当红外线照射到地面时，光敏电阻会检测到反射回来的光线的强度，从而判断轨道的颜色。
3.控制算法：乐高机器人巡线需要使用一定的控制算法来判断巡线传感器的信号，并做出相应的决策。
控制算法通常采用一种简单的状态机来实现，根据巡线传感器的信号进行相应的状态切换和动作控制。
例如，当巡线传感器检测到黑线时，机器人会向相反方向转向或停止。
4.执行器：执行器是机器人的动作执行部分。
它们用于根据控制器的信号来控制机器人的移动和转向。
执行器通常由电动马达或舵机组成，可以根据控制器的信号来驱动机器人的轮子或转向系统。
1.启动机器人：首先，通过控制器的开关将机器人启动。
此时机器人处于待命状态，等待接收传感器的数据。
2.读取传感器数据：控制器会定期读取巡线传感器的数据。
巡线传感器会发射红外线，并通过光敏电阻检测反射回来的光线的强度。
根据光线的强度，控制器可以判断出轨道的颜色和位置。
3.分析传感器数据：通过分析巡线传感器的数据，控制器可以确定机器人当前所处的状态。
比如，如果巡线传感器检测到的颜色是黑色，控制器可以判断机器人偏离轨道，需要进行相应的调整。
4.判断动作：根据巡线传感器的数据和机器人的当前状态，控制器可以决定机器人接下来应该采取的动作。
例如，如果机器人偏离轨道，控制器可以发送信号给执行器，让它们驱动机器人向相反方向转动，使机器人重新回到轨道上。
5.执行动作：执行器根据控制器的信号来驱动机器人进行相应的动作。
例如，如果控制器指示机器人向相反方向转动，执行器会控制机器人的轮子或转向系统进行相应的转动。
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一、冃U 言
在机器人竞赛中，“巡线”特指让机器人沿着场地中一条固定线路（通常是黑线）行进的任务。
作为一项搭建和编程的基本功，巡线既可以是独立的常规赛比赛项目，也能成为其他比赛项目的重要技术支撑，在机器人比赛中具有重要地位。
二、光感中心与小车转向中心
以常见的双光感巡线为例，光感的感应中心是两个光感连线的中点，也就是黑线的中间位置。
而小车的转向，是以其车轮连线的中心为圆心进行的。
很明显，除非将光感放置于小车转向中心，否则机器人在巡线转弯的过程中，探测线路与做出反应之间将存在一定差距。
而若将光感的探测中心与转向中心重合，将大幅提升搭建难度并降低车辆灵活性。
因此，两个中心的不统一是实际存在的，车辆的转向带动光感的转动，同时又相互影响，造成机器人在巡线时对黑线的反应过快或者过慢，很多巡线失误由此产生。
所以在实际操作中，一般通过程序与结构的配合，在程序中加入一定的微调动作来弥补其
中的误差。
而精准的微调，需要根据比赛场地的实际情况进行反复调试。
三、车辆结构
巡线任务的核心是让机器人小车按照场地中画出的路线行进，因此，根据任务需要选择合适搭建方式是完成巡线任务的第一步。
1、前轮驱动
前轮驱动的小车一般由两个动力轮和一个万向轮构成，动力轮位于车头，通过左右轮胎反转或其中一个轮胎停转来实现转向，前者的转向中心位于两轮胎连线中点，后者转向中心位于停止不动的轮胎上。
由于转向中心距离光感探测中心较近，可以实现快速转向，
但由于机器人反应时间的限制，转向精度有限。
2、后轮驱动
后轮驱动的小车结构和转向中心与前轮驱动小车类似，由于转向中心靠后，相对于前轮驱动的小车而言，位于车尾的动力轮需要转动较大的幅度，才能使车头的光感转动同样角度。
因此，后轮驱动的小车虽转向速度较慢，但精度高于前轮驱动小车。
对于速度要求不高的比赛而言，一般采用后轮驱动的搭建方式。
3、菱形轮胎分布
菱形轮胎分布是指小车的两个动力轮位于小车中部，前后各有一个万向轮作为支撑。
这样的结构在一定程度上可以视为前轮驱动和后轮驱动的结合产物，转向速度和精度都介于两者之间。
这种结构的优势在于转向中心位于车身中部，转弯半径很小，甚至能以自身几何中心为圆心进行原地转向，适合适用于转90°弯或数格子行进等一些比较特殊的巡线线路。
这种结构最初应用于RC灿器人足球上，居中的动力源可以让参赛选手为机器人安装更多的固定和防护装置，以适应比赛中激烈的撞击，具有很好的稳定性。
而对于NXT机器人而言，由于伺服电机的形状狭长不规律，将动力轮位于车身中部的做法将大幅提升搭建难度，并使车身重心偏高，降低转弯灵活性。
4、四轮驱动
四轮驱动的小车四个轮胎都有动力，能较好地满足一些比赛中爬坡任务的需要。
小车的转向中心靠近小车的几何中心，因此能进行原地转弯运动，具有较好的灵活性，特别适用于转90 °弯或数格子行进等任务一些比较特殊的巡线线路。
虽然与后轮驱动小车相比，转向中心比较靠前，转向精度较小，但四轮驱动小车没有万向轮，转弯需要靠四个轮胎同时与地面摩擦，加大转弯的阻力，因而转弯精度应介于菱形轮胎分布的小车和后轮驱动小车之
四轮驱动的小车最大优势在于具有普遍适应性，熟练掌握此结构的参赛选手能在参加FLL
工程挑战赛、WRO世界机器人奥林匹克等一些比较复杂的比赛中占据一定优势。
四、编程方案
1、单光感巡线
单光感巡线是巡线任务中最基础的方式，在行进过程中，光感在黑线与白色背景间来回晃
动，因此，这种巡线只能用两侧电机交替运动的方式前进，行进路线呈“之”字形。
这种
巡线方式结构简单易于掌握，但由于只有一个光感，对无法在完成较为复杂的巡线任务（如遇黑线停车、识别线路交叉口等），且速度较慢。
基本思路：光感放置于黑线的左侧，判黑则左轮不动右轮前进，判白则右轮不动左轮前进，如此交替循环。
参考程序如下图：
2、单光感巡线+独立光感数线
在很多比赛中，机器人需要做的不仅仅是沿着黑线行进，还需要完成一些其他任务，
如在循迹路线上增加垂直黑线要求停车、放置障碍物要求躲避等内容。
此时，单光感巡线
已不能满足要求。
下面以要求定点停车为例，简要介绍单光感巡线+独立光感数线的编程模式。
基本思路：在此任务中要求在垂直黑线处停车，则需要跳出单光感巡线的循环程序体系，
可以通过设置循环程序的条件实现这一功能。
由于程序的设定，负责巡线的3号光感在行进
时始终位于黑线的左侧，不会移动到黑线右侧的白色区域，因此在黑线右侧设置一个光感
（4号）专门负责监视行进过程中黑线右侧的区域，当此光感判黑时，即可判断出小车行进
到垂直黑线处，于是终止单光感巡线的循环程序，执行规定的停车任务，然后向前行进一
小段距离驶过垂直黑线，继续单光感巡线任务。
参考程序如下图:
上述程序只适用于停车一次的需要，在实际比赛中需以定点停车、蔽障任务为基点，
将巡线赛道划分为若干个小段依次设定程序，或采用两重循环的程序，重复执行巡线―
定点停车任务：
3、双光感巡线
双光感巡线是机器人竞赛中最常见的巡线模式，两个光感分别位于黑线两侧，以夹住黑线的方式行进。
根据两个光感读取的数值不同，可以将光感的探测结果分为左白右黑、左黑右白、双白和双黑四种情况，根据这四种探测结果，分别执行右转、左转、直行和停车四种动作的程序命令。
由于这种方法能让两个电机同时工作，机器人运动的速度较快，同时采取两个光敏监测黑线，精度也有所提高。
基本思路：使用两重光感分支程序叠加，为四种探测结果设定与之对应的程序反应，形成
循环程序结构，参考程序如下图：
4、双光感巡线+独立光感数线
一般而言，一个以巡线为基础的比赛，会在巡线的基础上增加定点停车、识别交叉口、绕开障碍等多项任务，想要准确识别并完成这些任务，需要在掌握上述双光感巡线技术的基础上，以定点停车、蔽障任务为基点，将巡线赛道划分为若干个小段，使用传感器、逻辑判断等方式跳出双光感巡线的循环程序，执行与完成任务相对应的程序，然后重新进行巡线任务。
以双光感巡线+独立光感数线的模式为例，在双光感巡线的基础上，在其中一个光感的外侧再放置一个光感。
由于使用双光感巡线，标记行进路线的黑线将始终位于前两个光感之间，因而第三个光感探测到黑线只会是两种情况一一抵达停车地点或巡线路线交叉处，于是以
第三个光感探测到黑线作为结束循环的条件进行编程，参考程序如下: 注：由于光感放置位置的原因，使得第三个光感判黑的时候，前两个光感探头必然同时处于黑线上或十分接近，完全能以第三个光感判黑代替前两个光感同时判黑的情况，因此在巡线循环部分将双光感判黑的一个分支跳过不予编程。
五、延展
上述内容为巡线任务的基础知识，仅根据光感的探测做出反应，简单地将光感探测中心与小车转向中心重合（将小车视为一个仅有重量没有体积的质点），可完成一些线路有弧度的平滑路线，对于较难的巡线弯道，如直角弯、“ V'字形弯道等特殊线路，则必须考虑转向中心和探测中心的区别，需要特殊对待。
一般而言，在探测到此类弯道之后，需要先精确控制小车运行时间，将小车的转向中心移
动到弯道的中心（如“ V'字形弯道的定点），此时光感全部脱离黑线，再原地转动车身，当负责夹住黑线行进的光感重新探测到黑线时，则小车已完成转弯任务并回到循迹路线，然后继续执行巡线任务。
以上内容仅为本人的一些经验粗略总结，如有不当之处，敬请大家指正，希望能起到抛砖引玉的作用。