初中九年级信息技术让机器人走迷宫

让机器人走迷宫任务导航机器人不仅可以在简单的环境中前行、转弯，还可以在硬件和软件的配合下，执行诸如走迷宫这样复杂的任务。在迷宫中，机器人依靠适当的传感器检测、识别环境，按设计的算法指挥机械装置，轻松地穿越迷宫。任务一设计走迷宫机器人与大多数简易机器人一样，纳英特机器人硬件也主要是由传感器、控制器、电机和机械装置等部分构成（见图3-1）。控制器的一边有很多传感器接口（见图3-2），朝前的一侧从左到右依次为3〜10号接口，共8个。其中3〜6号接口适合接模拟传感器，7〜10号接口适合接数字传感器。另一侧从左到右是11〜15号数字接口。控制器的另一边是电机的接口（见图3-3），从左到右分别为motor0、motor1、motor2、motor3。组装仿真机器人小车时，我们一般把左边的电机接在motor0上，右边的电机接在motor1上。红外光避障传感器有一对红外信号发射与接收二极管，发射管发射特定频率的红外光信号，接收管接收这种频率的红外光信号，当检测方向遇到障碍物时，红外光信号反射回来被接收管接收（见图3-6）。机器人就是利用红外光的返回信号来识別周围环境变化的。工作时，红外光避障传感器检测到信号时指示灯亮红灯并输出1，无信号时指示灯不亮并输出。为了设定红外光避障传感器的检测距离，我们常在其检测方向的给定距离处，放置一个与实际物体类似的障碍物。如果此时指示灯亮，用一把小十字螺丝刀将调节器逆时针方向旋转，旋转至指示灯刚好不亮为止；如果此时指示灯不亮，将调节器顺时针方向旋转，旋转至指示灯刚好亮起为止。逆时针旋转调节器将红外光避障传感器的检测距离调近，顺时针旋转调节器将红外光避障传感器检测距离调远。按照上面的设计方案进行分析，如果只在机器人的正前方安装一个红外光避障传感器，则很难全面地获取环境信息，因此可以将红外光避障传感器调整至右前45°的位置，让红外光避障传感器尽可能多地为机器人提供环境信息（见图3-8）。我们将此方案作为走迷宫机器人的1号方案，当然还可以设计出许多其他的方案。任务二探究走迷宫的算法由于机器人是依靠传感器获取外界环境的信息来控制自身的行为动作的，因此传感器的装配对机器人完成任务的算法有着直接的影响。1号方案的机器人红外光避障传感器装配在其右前45°的位置，因此它只能检测到右侧的墙壁。如果让机器人走迷宫，它的行走将会是下面的情形：红外光避障传感器检测到墙壁则左转，检测不到墙壁则右转（见图3-9）。如果用流程图描述1号方案机器人走迷宫的算法，可得到如下的流程图（见图3-11）。1号方案的算法设计中，一个红外光避障传感器的设计显然制约了机器人穿越迷宫的能力。那么，改进1号方案的红外光避障传感器设计，使用两个红外光避障传感器，将它们一个安装在正前方，一个安装在右前方，让机器人在其前方和右边都获得足够多的环境信息，我们以此作为2号方案。机器人沿迷宫墙壁的右侧行走，让机器人走遍迷宫所有房间，这是走迷宫的一种方法，我们称这种方法为“右手法则”。“右手法则”是右转优先的算法设计，也可以说成：能右转就右转，否则就前行或左转。任务三编写走迷宫程序程序编写与硬件的端口连接关系密切，所以在编程前，我们要明确机器人传感器、电机等组件的连接接口。NSTRobot是纳英特机器人编程的软件平台，它既提供了直观的阁形化编程方式，又可以从流程图自动生成C语言的程序代码，为代码方式编程创造了过渡性的环境。双击桌面上的NSTRobot软件图标，启动NSTRobot程序，会弹出如图3-15所示的窗口。其中，执行器模块库包含机器人的各类动作操作；控制模块库包含各种程序流程图的控制；流程图编辑区可通过拖放方式将某个模块拖至流程图区，显示、编辑流程图；C代码显示区显示由流程图自动生成的C语言程序代码。1号方案机器人的红外光避障传感器连接在12号数字接口，当它检测到墙壁就返回数字1，否则返回数字0。按照其走迷宫的算法设计：看不到墙壁就右转，否则就左转，我们可以先用流程图做如下的编程（见图3-21）。接着，使用“控制模块库”中的“条件循环”。双击“条件循环”并设置其参数为“永远循环”（见图3-22）。再使用“控制模块库”中的“条件判断”，双击流程线上的“条件判断”并设置其参数，单击“增加条件”按钮并确定（见图3-23）。这样就完成了程序编写。综