EV3自平衡机器人

河北师范大学化学与材料科学学院 刘妍妍 吴育飞

机器人教育为STEAM教育提供了一个新的实践平台,在指导学生设计制作“自平衡机器人”项目时，从初步识别零部件，到理解原理，动手组装部件，学习编程，调控机器人执行动作，在这个过程中将各个学科不同的实践过程和精神内涵进行融合,使学生能够主动获取知识,寻求解决问题的方法,合作完成任务，激发了学生的学习兴趣，提高了学生解决问题的能力、创新思维能力和合作学习的能力。

组装和运行过程中容易出现的问题是：①EV3自平衡机器人组装过程中极易出现接线错误；②EV3自平衡机器人无法站立平衡行走；③EV3自平衡机器人无法执行正确的口令动作等。

①出现接线错误的原因，一方面是由于EV3自平衡机器人需要用到6根黑色扁平的接线，外观一样且数量居多；另一方面是因为在搭建图纸上并没有明确标注电机和传感器需连接EV3程序块中的具体端口，在这种情况下极易出现接线错误。因此，在组装前首先要查看相关资料，明确电机和传感器连接EV3程序块中的具体端口；其次，为了区分连接不同电机和传感器的接线，连接过程中可以用小标签对电缆进行标注，从而保证接线的正确。最后，为了使机器人更加美观，要选择长度适中的电缆进行连接，便于对接线进行归并整理。

②自平衡机器人无法站立行走的原因：一是EV3自平衡机器人编程较复杂，在编程中出现了错误；二是电机和传感器连接EV3程序块中的具体端口不对应,接线错误；三是机器人在测试过程中电量不足。因此，在测试前，首先要对机器人进行正确的编程，EV3自平衡机器人编程对小学生是非常困难的，可以直接从乐高头脑风暴软件中下载对应编程至EV3程序块中来解决编程问题；其次，在测试前要仔细检查电机和传感器是否连接到正确的端口，是否将颜色传感器接入1号端口,陀螺仪接到2号端口，触动传感器接入3号端口，红外传感器接入4号端口，两个大型电机分别接入A、D端口，中型电机接入C端口；最后，每次测试前都要将EV3自平衡机器人充满电，以保证测试过程正确进行。

③机器人可以站立平衡行走，但有时会出现无法执行正确的口令动作的问题，例如：颜色传感器识别蓝色颜色块儿时没有执行顺时针旋转而是出现逆时针旋转的动作。这是由于前光值程序运行时，环境直射光对识别颜色干扰。因此，测试时适合放在室内漫射光环境操作，或者用一张白纸适当遮挡直射光线。

为了达到更好的效果，EV3自平衡机器人在教学中应注意以下几点：①对于初次学习机器人制作的学生，在教学内容上要增加相关基础知识和原理的普及和学习，特别是做好程序设计的“扫盲”教育。②许多因素都会影响EV3自平衡机器人的效果表达，要把握好各影响因素之间的协同关系以及适切与优化程度。③对于这种集成度较高的作品，课堂中要充分发挥教师指导下学生的主体作用，鼓励学生敢于“犯错”，从多次尝试过程中试错、对比、纠正，并逐步实现作品结构、性能、执行过程的逐步完善。