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)雅居樂小學(xué) 廣東 廣州 511442)

創(chuàng)客一詞來自英文單詞Maker?！禡ake》雜志發(fā)行人 Dale Dougherty 認(rèn)為那些愿意通過動(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，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力。

1.創(chuàng)作背景

對于司機(jī)而言，在市區(qū)停車是一件比較困難的事情，一是停車位難找，二是有些車位比較小，對于新手司機(jī)而言比較難停進(jìn)去。有時(shí)候，我們?nèi)ゴ笮唾徫锷虉鲑徫锿旰?，會忘記自己的車停在哪個(gè)位置，往往要花一些時(shí)間來找車。這些都是現(xiàn)實(shí)生活中困擾我們的問題，而智能停車系統(tǒng)就能夠很好地解決以上的問題。智能停車系統(tǒng)主要有以下三大功能。第一：自動(dòng)精準(zhǔn)停車。車主只需要將車停在停車場門口，系統(tǒng)就會自動(dòng)尋找合適的空車位，并幫助小車完成倒車入庫的操作。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)約取車功能。當(dāng)車主需要用車時(shí)，只需要在停車場門口預(yù)約，小車就能夠自動(dòng)從車庫行駛至停車場門口，供車主使用。整個(gè)過程實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化，智能化，無需人工干預(yù)。

2.智能停車系統(tǒng)的搭建

2.1 搭建車庫模型。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，搭建出車庫模型，并根據(jù)需要在車庫內(nèi)墻安裝超聲波傳感器，用于感知是否有小車靠近。安裝一個(gè)智能電機(jī)和一個(gè)碰撞開關(guān)，用于控制車庫門的開閉。超聲波傳感器、智能電機(jī)和碰撞開關(guān)都連接到主控器中。主控器負(fù)責(zé)控制整個(gè)車庫，以及顯示停車場費(fèi)用等。車庫模型如下圖所示：

圖1 車庫系統(tǒng)(正面) 圖2 車庫系統(tǒng)(反面)

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

圖3 智慧門閘模型

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

圖4 智慧小車模型 圖5 智能停車系統(tǒng)模型

3.智能停車系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)

3.1 智慧車庫的程序設(shè)計(jì)。功能簡述：當(dāng)沒有小車停入車庫時(shí)，超聲波傳感器沒有感知到小車的存在，車庫門會常開；當(dāng)有小車停入車庫，超聲波傳感器感知到有小車的存在，就會自動(dòng)關(guān)閉車庫門，并開始計(jì)時(shí)計(jì)費(fèi)功能。

圖6 智慧車庫的程序設(shè)計(jì)流程圖

3.2 智慧門閘的程序設(shè)計(jì)。功能簡述：當(dāng)入口處有小車需要駛?cè)霑r(shí)，入口處的超聲波傳感器感知到有車要進(jìn)入停車場，就會打開入口門閘，讓小車進(jìn)來，并自動(dòng)將停車場的空車位數(shù)量減一，當(dāng)空車位數(shù)量為0時(shí)，不允許其他車進(jìn)入停車場。當(dāng)出口處有小車需要駛出時(shí)，出口處的超聲波傳感器感知到有車要駛出停車場，就會打開出口門閘，讓小車出去，并自動(dòng)將停車場的空車位數(shù)量加一。

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

3.3 智慧小車的程序設(shè)計(jì)。功能簡述：根據(jù)停車場模型進(jìn)行路線定制。當(dāng)小車開啟自動(dòng)停車程序后，直行一段距離，當(dāng)小車前面的超聲波傳感器發(fā)現(xiàn)前方檢測范圍內(nèi)有墻時(shí)，就會自動(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)，會自動(dòng)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°(利用陀螺儀傳感器)，然后倒入車庫，與此同時(shí)，車庫門會自動(dòng)關(guān)閉，小車除了前面的超聲波傳感器繼續(xù)工作外，其他器件會停止。當(dāng)車主按下門口的碰撞開關(guān)，車庫門會自動(dòng)打開，小車前方的超聲波傳感器發(fā)現(xiàn)車庫門打開，會自動(dòng)從車庫駛出至停車場門口，供車主使用。

圖9 智慧小車程序設(shè)計(jì)

3.結(jié)語

通過開展創(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)作的過程，就是將自己的想法和創(chuàng)意變成現(xiàn)實(shí)的過程。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，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，為社會提供更多的創(chuàng)新型人才！