基于STEM理念的VEX機(jī)器人創(chuàng)客作品設(shè)計(jì)*
——以智能停車(chē)系統(tǒng)為例

何文思

(廣東省廣州市番禺區(qū)南村鎮(zhèn)雅居樂(lè)小學(xué) 廣東 廣州 511442)

創(chuàng)客一詞來(lái)自英文單詞Maker。《Make》雜志發(fā)行人 Dale Dougherty 認(rèn)為那些愿意通過(guò)動(dòng)手實(shí)踐，努力將各種想法變成現(xiàn)實(shí)的群體就是“創(chuàng)客”[1]。小學(xué)教學(xué)的一項(xiàng)重要任務(wù)就是培養(yǎng)小學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，而訓(xùn)練發(fā)散思維是培養(yǎng)創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力的關(guān)鍵與核心[2]。開(kāi)展創(chuàng)客教育，制作創(chuàng)客作品，讓學(xué)生在做中學(xué)，學(xué)中做，做中創(chuàng)，能有效地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力。

1.創(chuàng)作背景

對(duì)于司機(jī)而言，在市區(qū)停車(chē)是一件比較困難的事情，一是停車(chē)位難找，二是有些車(chē)位比較小，對(duì)于新手司機(jī)而言比較難停進(jìn)去。有時(shí)候，我們?nèi)ゴ笮唾?gòu)物商場(chǎng)購(gòu)物完后，會(huì)忘記自己的車(chē)停在哪個(gè)位置，往往要花一些時(shí)間來(lái)找車(chē)。這些都是現(xiàn)實(shí)生活中困擾我們的問(wèn)題，而智能停車(chē)系統(tǒng)就能夠很好地解決以上的問(wèn)題。智能停車(chē)系統(tǒng)主要有以下三大功能。第一：自動(dòng)精準(zhǔn)停車(chē)。車(chē)主只需要將車(chē)停在停車(chē)場(chǎng)門(mén)口，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)尋找合適的空車(chē)位，并幫助小車(chē)完成倒車(chē)入庫(kù)的操作。第二：自動(dòng)計(jì)費(fèi)功能。本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)計(jì)時(shí)計(jì)費(fèi)，節(jié)省人力。第三：預(yù)約取車(chē)功能。當(dāng)車(chē)主需要用車(chē)時(shí)，只需要在停車(chē)場(chǎng)門(mén)口預(yù)約，小車(chē)就能夠自動(dòng)從車(chē)庫(kù)行駛至停車(chē)場(chǎng)門(mén)口，供車(chē)主使用。整個(gè)過(guò)程實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化，智能化，無(wú)需人工干預(yù)。

2.智能停車(chē)系統(tǒng)的搭建

2.1 搭建車(chē)庫(kù)模型。利用VEX IQ機(jī)器人器材，如結(jié)構(gòu)件、連接件、鏈條、履帶、齒輪、軸等，搭建出車(chē)庫(kù)模型，并根據(jù)需要在車(chē)庫(kù)內(nèi)墻安裝超聲波傳感器，用于感知是否有小車(chē)靠近。安裝一個(gè)智能電機(jī)和一個(gè)碰撞開(kāi)關(guān)，用于控制車(chē)庫(kù)門(mén)的開(kāi)閉。超聲波傳感器、智能電機(jī)和碰撞開(kāi)關(guān)都連接到主控器中。主控器負(fù)責(zé)控制整個(gè)車(chē)庫(kù)，以及顯示停車(chē)場(chǎng)費(fèi)用等。車(chē)庫(kù)模型如下圖所示：

圖1 車(chē)庫(kù)系統(tǒng)(正面) 圖2 車(chē)庫(kù)系統(tǒng)(反面)

2.2 搭建智慧門(mén)閘模型。利用結(jié)構(gòu)件、連接件、軸等機(jī)器人器件，搭建出智慧門(mén)閘模型。其中，在門(mén)閘兩端分別安裝一個(gè)超聲波傳感器，用于檢測(cè)入口及出口是否有車(chē)輛需要通行。智慧門(mén)閘模型如下圖所示：

圖3 智慧門(mén)閘模型

2.3 搭建智慧小車(chē)模型。利用機(jī)器人零件搭建小車(chē)模型，并在小車(chē)前后各安裝一個(gè)超聲波傳感器，用于感知小車(chē)與前后方物體的距離，幫助小車(chē)進(jìn)行自動(dòng)停車(chē)操作。在小車(chē)上安裝一個(gè)陀螺儀傳感器，統(tǒng)計(jì)小車(chē)旋轉(zhuǎn)角度，幫助小車(chē)精準(zhǔn)停車(chē)。智慧小車(chē)模型如下圖所示：

圖4 智慧小車(chē)模型 圖5 智能停車(chē)系統(tǒng)模型

3.智能停車(chē)系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)

3.1 智慧車(chē)庫(kù)的程序設(shè)計(jì)。功能簡(jiǎn)述：當(dāng)沒(méi)有小車(chē)停入車(chē)庫(kù)時(shí)，超聲波傳感器沒(méi)有感知到小車(chē)的存在，車(chē)庫(kù)門(mén)會(huì)常開(kāi)；當(dāng)有小車(chē)停入車(chē)庫(kù)，超聲波傳感器感知到有小車(chē)的存在，就會(huì)自動(dòng)關(guān)閉車(chē)庫(kù)門(mén)，并開(kāi)始計(jì)時(shí)計(jì)費(fèi)功能。

圖6 智慧車(chē)庫(kù)的程序設(shè)計(jì)流程圖

3.2 智慧門(mén)閘的程序設(shè)計(jì)。功能簡(jiǎn)述：當(dāng)入口處有小車(chē)需要駛?cè)霑r(shí)，入口處的超聲波傳感器感知到有車(chē)要進(jìn)入停車(chē)場(chǎng)，就會(huì)打開(kāi)入口門(mén)閘，讓小車(chē)進(jìn)來(lái)，并自動(dòng)將停車(chē)場(chǎng)的空車(chē)位數(shù)量減一，當(dāng)空車(chē)位數(shù)量為0時(shí)，不允許其他車(chē)進(jìn)入停車(chē)場(chǎng)。當(dāng)出口處有小車(chē)需要駛出時(shí)，出口處的超聲波傳感器感知到有車(chē)要駛出停車(chē)場(chǎng)，就會(huì)打開(kāi)出口門(mén)閘，讓小車(chē)出去，并自動(dòng)將停車(chē)場(chǎng)的空車(chē)位數(shù)量加一。

圖7 智慧門(mén)閘入口程序設(shè)計(jì) 圖8 智慧門(mén)閘入口程序設(shè)計(jì)

3.3 智慧小車(chē)的程序設(shè)計(jì)。功能簡(jiǎn)述：根據(jù)停車(chē)場(chǎng)模型進(jìn)行路線定制。當(dāng)小車(chē)開(kāi)啟自動(dòng)停車(chē)程序后，直行一段距離，當(dāng)小車(chē)前面的超聲波傳感器發(fā)現(xiàn)前方檢測(cè)范圍內(nèi)有墻時(shí)，就會(huì)自動(dòng)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°(利用陀螺儀傳感器)，然后繼續(xù)前行，直到前面的傳感器再次發(fā)現(xiàn)前方有障礙物時(shí)，會(huì)自動(dòng)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°(利用陀螺儀傳感器)，然后倒入車(chē)庫(kù)，與此同時(shí)，車(chē)庫(kù)門(mén)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，小車(chē)除了前面的超聲波傳感器繼續(xù)工作外，其他器件會(huì)停止。當(dāng)車(chē)主按下門(mén)口的碰撞開(kāi)關(guān)，車(chē)庫(kù)門(mén)會(huì)自動(dòng)打開(kāi)，小車(chē)前方的超聲波傳感器發(fā)現(xiàn)車(chē)庫(kù)門(mén)打開(kāi)，會(huì)自動(dòng)從車(chē)庫(kù)駛出至停車(chē)場(chǎng)門(mén)口，供車(chē)主使用。

圖9 智慧小車(chē)程序設(shè)計(jì)

3.結(jié)語(yǔ)

通過(guò)開(kāi)展創(chuàng)客教育，制作創(chuàng)客作品，讓學(xué)生在做中學(xué)，學(xué)中做，做中創(chuàng)。學(xué)生們進(jìn)行創(chuàng)作的過(guò)程，就是將自己的想法和創(chuàng)意變成現(xiàn)實(shí)的過(guò)程。將創(chuàng)客教育理念引入小學(xué)，全面培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，為社會(huì)提供更多的創(chuàng)新型人才！