乐高实验指导书1

创新综合实验

目录

第一部分课程总览 (3)

第二部分综合实验 (6)

Lab1 光电传感器自动跟踪小车 (6)

Lab2 光电传感器测距功能测试 (8)

Lab3 光电传感器位移传感应用 (12)

Lab4 超声波传感器测试 (13)

Lab5 超声波传感器位移传感应用 (17)

第三部分创新实验

a)双轮自平衡机器人；

b)碰触传感机器人设计（基于Microsoft Robotics Studio平台）；

c)寻线机器人的仿真和建模及实例（基于Lejos-Osek 设计一个机器人的实例）；

d)自己提出一个合理的项目

第一部分

课程总览

1．目的与意义

提倡“素质教育”、全面培养和提高学生的创新以及综合设计能力是当前高等工科院校实验教学改革的主要目标之一。为适应素质教育的要求，高等工科院校的实验课程正经历着从“单一型”“验证型”向“设计型”“开放型”的变革过程。我院测试及控制类课程《电工电子技术》《测试技术》《微机原理及接口技术》等课程涵盖了机械设备及加工过程测试控制相关的电子电路、传感器、信号处理、接口、控制原理、测控计算机软件等理论及技术，具有综合性、实践性强的特点，但目前各课程的实验教学存在着孤立、分散、缺乏系统性的问题。为促进机械工程学科学生对于计算机测控技术的工程创新设计能力、促进相关理论知识的理解和灵活应用，本机电一体化创新综合实验以丹麦乐高（LEGO）公司教育部开发的积木式教学组件－智力风暴( MINDSTORMS)为基础进行。

采用LEGO MINDSTORMS 为基础建立开放型创新实验室,并根据我院测试及控制类课程《电工电子技术》《测试技术》《微机原理及接口技术》等课程设计多层次的综合创新实验设计项目，具有技术综合性和趣味性以及挑战性，能有效激发学生的学习兴趣，使学生在实践项目的过程中激发和强化他们的创造力、动手能力、协作能力、综合能力和进取精神；可使学生在实施项目的过程中对材料、机械、电子、计算机硬件、软件均有直观的认知并掌握机械工程测试与控制的综合分析设计能力。

2．实验基础

2.1 LEGO MINDSTORMS 控制器硬件

要求认识和理解RCX、NXT的基本结构，输入输出设备及接口，DCP传感器及接口，并熟练进行连接与操作。

2.2根据具体的实验要求选择适合的软件

•Microsoft Robotics Studio基础

•VPL编程

•Microsoft Robotics Studio软件

•Robolab软件

•NXT软件

•Matlab等等

2.3授课方式：

课堂讲授，编程以自学为主

参考书：

a)LEGO快速入门

b)乐高组件和ROBOLAB软件在工程学中的应用

c)ROBOLAB2.9编程指南

d)ROBOLAB研究者指南

e)各类有关乐高机器人的网站和论坛

附录：小车搭建步骤见“9797手册”

3．综合实验任务及要求

Lego组件具有强大的灵活性，可根据我院教学任务分层次、分阶段的实验项目，根据涉及的技术层次以及难度拟分为指定项目实验(基础实验部分)以及创新综合实验两个层次，其中指定项目实验学生根据教师指定的参考项目设计方案完成指定对象的测试与控制的设计和实现；创新综合实验则仅给出某个测控主题及目标，由学生分组自行完成全部设计与构建。

4．指定项目实验(基础实验部分)

4.1.1 Lab1 光电传感器自动跟踪小车（必选）

内容：搭建小车并使之自动跟踪黑色轨迹。

目的：熟悉ROBOLAB 编程方法以及NXT使用。

4.1.2Lab2 光电传感器测距功能测试

内容：测试LEGO光电传感器的特性,并熟悉ROBOLAB测试环境的应用。

目的：确定光电传感器用于测距的线性范围及特性。

4.1.3Lab3 光电传感器位移传感应用

内容：应用光感的局部线性特征搭建可与障碍物保持给定距离的小车，测试LEGO光电传感器的距离传感性能。

目的：采用光电传感器进行距离测量。

4.1.4Lab4 超声波传感器测试

内容：应用超声波传感器线性特征搭建小车，并与障碍物保持一定的距离，测试其线性范围。

目的：确定超声波传感器用于测距的线性特性。

4.1.5Lab5 超声波传感器位移传感应用

内容：应用超声波传感器闪避障碍物，测试LEGO超声传感器的距离传感性能。

目的：

5．创新实验设计

a.双轮自平衡机器人；

b.碰触传感机器人设计（基于Microsoft Robotics Studio平台）；

c.寻线机器人的仿真和建模及实例（基于Lejos-Osek 设计一个机器人的实例）；

d.自己提出一个合理的项目

6．综合实验说明书要求

编写说明书是综合实验的一个重要组成部分，它反映学生在整个设计过程中的工作表现和能力，编写设计说明书也是培养学生科技写作能力的一次训练，设计说明书应力求简洁、文理通顺、字迹工整。设计说明书的内容应

包括：

1)实验报告以小组为单位，每小组一份

2)实验目的

3)实验要求

4)小组成员分工

5)软件设计，程序流程图，ROBOLAB VI程序及截图

6)调试过程出现的问题及解决方案

7)结论（实验结果，体会与建议等，可附上有创意的小车图片）

8)附机械结构图，算法流程图，数据处理表等等；

9)LEGO硬件结构的设计

10)测试与控制算法以及软件编程；

11)实验结果，测试数据记录，分析；

12)收获、体会，意见及建议；

7．时间安排

《机电一体化创新综合实验》教学计划时间为：日上午，为了使课程设计能按时完成，其时间安排如下：

1)阅读综合实验指导书，了解设计任务和要求，查阅参考资料，2～3天；

2)各班与老师联系上机调试时间

课程设计成绩的评定

1)成绩的评定，根据学生在整个设计过程中的表现、设计和制作水平，动

手操作能力，设计说明书的编写质量等项目的评分综合评定。

2)答辩成绩分优秀、良好、中等、合格和不合格五级。