Scratch模擬循跡小車

隨著教育部啟動(dòng)中小學(xué)生信息素養(yǎng)測評，并推動(dòng)在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程，編程教育課程納入中小學(xué)基礎(chǔ)教育體系已是大勢所趨。創(chuàng)客教育和比賽在中小學(xué)中也越發(fā)受到重視。上個(gè)星期我有幸被邀約參觀了寧波市中小學(xué)創(chuàng)新創(chuàng)客博覽會(huì)，見到了許多精彩的創(chuàng)客比賽和一些有意思的創(chuàng)新作品。

其中循跡小車這個(gè)比賽項(xiàng)目引起了我的興趣。循跡小車是一種能夠自動(dòng)按照給定的路線移動(dòng)的小車。它是集圖像傳感器、信號處理、電機(jī)驅(qū)動(dòng)及自動(dòng)控制等技術(shù)來實(shí)現(xiàn)路面探測、障礙檢測、信息反饋和自動(dòng)行駛的技術(shù)綜合體。通常是用地面不同顏色線條或者其他圖形聲光信號標(biāo)記來引導(dǎo)小車。目前已有大量循跡機(jī)器人在軍事、商用和科學(xué)研究等方面獲得了廣泛的應(yīng)用，例如生產(chǎn)線、物流、碼頭場景下的場地物料配送循跡機(jī)器人，醫(yī)院的循跡機(jī)器人護(hù)士，商場的導(dǎo)游循跡機(jī)器人等。

創(chuàng)客比賽中的循跡小車比賽項(xiàng)目是有一定難度的。循跡小車前方配有紅外線或者光感探頭用來識別路線軌跡，并且配有兩組馬達(dá)提供動(dòng)力，學(xué)生通過編程來實(shí)現(xiàn)小車自動(dòng)探測與行駛，保證小車?yán)@過障礙并盡快到達(dá)終點(diǎn)。

不過循跡小車設(shè)備價(jià)格比較昂貴，我們只用Scratch來仿真做一個(gè)簡單版的循跡小車，讓大家展示一下循跡小車的功能。

首先我們需要繪制一個(gè)造型小汽車，小汽車最好四個(gè)輪子，并且能夠表示前進(jìn)的方向，我將車頭前面增加了一條線。舞臺背景為自行繪制的一條崎嶇的道路，道路顏色需要和背景顏色區(qū)分開來。

繪制小車和背景圖后我們完成的首要目標(biāo)就是如何實(shí)現(xiàn)小車轉(zhuǎn)彎。現(xiàn)實(shí)生活中開車轉(zhuǎn)彎時(shí)無非就是左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)，在循跡小車程序中也是同樣的道理。什么時(shí)候小車左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)，都是需要進(jìn)行判斷。例如圖中A點(diǎn)，當(dāng)小車的左前輪一旦碰到邊緣區(qū)域的時(shí)候就需要向右慢慢轉(zhuǎn)彎。圖中B點(diǎn)，當(dāng)小車右前輪一旦碰到邊緣區(qū)域的時(shí)候需要向左慢慢轉(zhuǎn)彎。分析完成后我們快來看看代碼如何實(shí)現(xiàn)吧。

首先我們需要在造型中增加兩個(gè)前輪的造型（左前輪和右前輪），目的是用于判斷小車的轉(zhuǎn)向，當(dāng)程序開始運(yùn)行后，小車固定到起點(diǎn)區(qū)域并面向90度方向運(yùn)動(dòng)。

小車需要不斷地偵測并判斷左右轉(zhuǎn)向的情況，增加一個(gè)重復(fù)執(zhí)行語句，不斷切換左前輪、右前輪和小車的三個(gè)造型。不停進(jìn)行“左右雷達(dá)調(diào)整”，當(dāng)雷達(dá)檢測到碰到邊緣時(shí)（背景顏色），就慢慢地順著反方向轉(zhuǎn)動(dòng)直至回歸正常軌道。

這里還有一個(gè)需要注意的技巧，如果你自行編寫程序運(yùn)行時(shí)應(yīng)該會(huì)看到小車的三種造型刷新并不順暢，小車動(dòng)畫一直閃爍效果很差，這也是我為什么要設(shè)置兩個(gè)自制積木的原因。在新建新的積木時(shí)需要勾選左下角的“運(yùn)行時(shí)不刷新屏幕”這個(gè)選項(xiàng)，這樣在運(yùn)行程序的時(shí)候小車就不會(huì)出現(xiàn)閃爍的情況，能夠成功讓小車按照設(shè)計(jì)的軌道運(yùn)行了。

相對來說循跡小車這個(gè)比賽項(xiàng)目還是蠻有意思充滿挑戰(zhàn)的，有興趣的同學(xué)可以搜索一下包括樂高在內(nèi)的循跡小車相關(guān)系列內(nèi)容與視頻。