關注細節，耐心堅持
——樂高EV3巡線小車調試感悟

◆北京市第三十五中學國際部高三 陳若鑫 陳懷宇

高一下學期，我們驚喜地發現課表中多了一門科技課，于是選擇了其中的人工智能機器人方向，并完成了課題《基于樂高EV3巡線小車設計及調試》。

受疫情影響，我們的課題曾一度中斷，但最終還是堅持完成了。回想這一過程，有過艱辛，也充滿喜悅，但更多的是收獲。

圖1 樂高EV3巡線小車模型

硬件搭建：基礎工作不容小視

課題完成的前提是搭建一臺樂高巡線小車。這臺小車由底盤、控制器、傳感器三部分組成。巡線小車底盤部分由1個萬向輪、2個滾輪、2個大型電機和一些結構件組成。巡線小車控制器安裝在底盤上方，可讀取傳感器信息，向大型電機輸出相應的電信號，進而驅動滾輪。

在搭建小車之前，我們既想讓小車看上去美觀，又想讓它能靈活應對各種地形。綜合考慮后，我們將橡膠輪與萬向輪組合，并構建了初始的結構示意圖，再依圖搭建。搭建的過程中我們遇到了一些困難，比如，雙光電傳感器之間的距離應如何設定才能更好地達成巡線目的？馬達安放在何處才能讓小車轉彎時更靈活？……出現的一系列問題讓我們意識到前期設計的不足之處，并對此進行了補充設計。

起初，我們以為搭建小車是計劃中最簡單的環節，本想在3天之內完成，但事與愿違。樂高零件豐富，而且很多零件的外觀非常相似，稍不注意就會出錯。我們就曾因為用錯零件，導致搭建快要結束時才發現安裝傳感器少了安裝孔，不得不重裝。

這次重裝的經歷也讓我們明白，不論什么環節都要認真對待。經此一事，我們更認真也更團結了。

編程測試：沒有最好只有更好

小車搭建完成后便是程序編寫。通過查閱資料，我們首先確定了程序的基本框架，選擇了更精準的PID巡線算法。我們學習了流程繪制，更清晰地表達了算法邏輯和過程，并依據流程圖完成了算法的編程。在這個過程中，我們不僅學習了與程序相關的知識，還學會了梳理解決問題的步驟和方法。

程序完成之后需要調節PID參數。我們希望通過調節參數獲取較好的巡線狀態。在調試過程中我們發現，針對不同的速度需要設置不同的PID參數，要想平衡小車速度與系數之間的關系，十分困難。起初，我們將小車速度調慢以便觀察，之后再通過控制變量的方法，對Kp、Ki與Kd逐一調節。

比例系數Kp越小，控制作用越小，系統響應越慢；反之越大，控制作用也越強，系統響應越快。因此，Kp不能選取過大，應根據被控對象的特性選取，使系統的凈差控制在允許的范圍內，同時又要讓小車具有較快的響應速度。

為保證數據準確、嚴謹，每組數據我們都會重復測試多次。經多次測試，我們終于確定了在當前馬達功率下的三個系數。邊做邊記錄不僅鍛煉了我們的耐心，也為之后的總結工作提供了便利。

表1 參數調節記錄表

圖2 陳懷宇（左）、陳若鑫（右）測試巡線小車

在對樂高EV3巡線小車的研究學習過程中，我們的能力得到了提升，還深刻體會到了團隊合作的重要性——分享自己的想法，遇到問題及時交流才能更快地達成目標。

此外，我們也懂得了及時總結的重要性——認真分析每一次的測試數據、小車每一次的運行情況，才能確定最適合的調整方案。

最后，我們也深刻感受到了科研路上的不易——研究過程充滿困難與挫折，只有秉持不畏艱難、勇攀高峰的探索精神，才能真正實現突破與創新。