自适应速度控制学步车

◆杭州市文新小学四（2）班 王希文

一、设计缘由

我有一个弟弟，已经1岁多了，正在学走路。爸爸妈妈上班的时候，外公外婆照顾弟弟，可他们年纪大了，每天弯着腰陪弟弟练习走路实在吃不消。

弟弟有一辆学步车，每次他推的时候，都会因为重心不稳而导致学步车突然加速向前冲，所以使用学步车的结果不是弟弟摔倒，就是学步车撞到墙了，最终学步车被打入了“冷宫”。我想，如果能设计一种能自动感应并控制速度的装置，将它安装在学步车上就好了，这样既能训练弟弟走路，又能减轻外公外婆的负担，一举两得。于是，我利用现有的硬件和软件对弟弟的手推式学步车进行改装。

二、制作过程

1.设计制作主机装置

我用Micro：bit及其MB拓展版robot：bit、锂电池制成了自适应速度控制装置。

2.固定主机装置

如何将自适应速度控制装置装在学步车上呢？既不能破坏学步车的外立面，又要保证自适应速度控制装置呈90°直立状态，稳固稳定。为此，我花了不少心思。

观察学步车的内部结构后，我用乐高科技小颗粒为自适应速度控制装置搭建了一个稳定的支架，然后利用卡槽将自适应速度控制装置藏在学步车中，并通过直角支撑的方式将自适应速度控制装置稳稳地立在学步车中。

3.设计制作减速装置

幼儿小脑还没有发育好，自我平衡控制能力欠缺，如果轮子突然停下来，幼儿因为惯性很容易摔倒，所以要想达到保护幼儿的目的，必须安全减速。那么如何对轮子实现安全有效的减速呢？这是自适应速度控制装置的关键所在，于是我设计了几种减速装置：

（1）夹子型：需要减速时，以一定角度夹住轮子，以达到减速的目的。

（2）障碍物型：需要减速时，把障碍物推向地面，阻碍轮子前进，以达到减速的目的。

（3）摩擦型：需要减速时，通过橡皮圈增加轮子的摩擦力，达到减速的目的。

通过比较尝试，我最后选择了摩擦型减速装置，用乐高EV3的橡皮零件做了一个较小的减速装置。

4.固定减速装置

通过各种尝试，我将摩擦型减速装置巧妙地安装在两个前轮的内侧上方，既不影响学步车的美观，又不妨碍轮子正常转动，还能在关键时刻起到有效的减速作用。

5.进行编程

我通过makecode平台对主控装置进行编程。

6.进行调试

在调试过程中，我遇到了3个问题，然后一一解决。

（1）加速度感应问题：如果将值设置得太大，不易感应幼儿的加速度，会导致装置无法启动保护功效；如果将值设置得太小，又会使整个装置过于敏感，随时处于保护状态，无法正常使用。最后，经过调试得出200左右的值是最适合的数值。

（2）减速装置角度问题：在调试中，这个步骤我花了较长时间，因为两个舵机的情况不一样。通过一次次角度值的数据调整，最终我发现左轮舵机68°刚好控制橡皮条卡住轮子达到制动效果的位置，30°刚好控制橡皮条放开轮子的最佳位置，而右轮舵机20°刚好控制橡皮条卡住轮子达到制动效果的位置，40°刚好控制橡皮条放开轮子的最佳位置。

（3）减速装置回收问题：加速度是一个瞬间改变的值，如果不加延时，可能刚刚触发就因加速度值突变而取消了舵机制动，所以加延时强制2秒制动，可以达到更好的减速效果。

三、实物实地对比试验

为了检测自适应速度控制学步车的使用效果，我请弟弟进行试验。

在自适应速度控制装置没有开启前，弟弟推着学步车前行，因为走路跌跌撞撞，学步车受到推力作用突然向前冲，撞到了门框上。

没有开启自适应速度控制装置前，弟弟走路时重心不稳，导致学步车突然加速，很危险。

如果不是门框挡住了学步车，学步车一定会拽着弟弟向前冲。假如弟弟这个时候因为脚步跟不上而松手，那后果不堪设想。

开启自适应速度控制装置后，弟弟跌跌撞撞向前走，自适应速度控制装置感应到危险加速度，立刻启动减速装置，通过减速装置的运转使学步车在弟弟的可控范围内，没有向门框撞去，而是在减速后被弟弟继续推着前行。

四、设计反思

自适应速度控制装置对学步车起到了很好的控制作用，避免了弟弟在学走路时因为重心不稳而导致学步车突然加速的现象发生。

在试验中，我发现了一个问题：弟弟在推学步车的时候，学步车不能经常沿直线前行，这也许是幼儿的平衡感、方向感不太好，推车的时候两只手用力不均造成的。接下来，我将尝试解决学步车方向偏移的问题，帮助弟弟更安全地学习走路。

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开启自适应速度控制装置后，弟弟学走路时，不再出现突然加速导致撞头或摔倒的情况。