教师工具箱
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活动大纲
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这项探索将向学生介绍机械运动范围的概念以及如何使用手臂和爪子来探索它。
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学生还将探索可用于对手臂和爪子进行安全编程的不同模块。
让我们探索一下运动范围！
通过这种探索，您可以看到手臂和爪子可以伸展的最小和最大程度。
- 确保您拥有所需的硬件和工程笔记本。
| 数量 | 所需材料 |
|---|---|
| 1 |
VEX IQ 超级套件 |
| 1 |
VEXcode IQ |
| 1 |
工程笔记本 |
老师提示
为学生模拟每个故障排除步骤。
老师提示
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由于这是导航 VEX IQ Brain 的开始活动，教师应该对步骤进行建模，然后要求学生完成相同的动作。 然后，教师应监督学生，以确保他们正确遵循步骤。
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在从“设置”菜单中选择“设备信息”之前，请确保学生已用手指轻轻且小心地完全打开爪子。 这确保了爪子在其最大张开时将0度设置为点。
第 2 步：设备菜单
首先 打开 机器人大脑并选择 X 按钮导航至“设置”菜单。
用手指轻轻地完全打开 Clawbot 的爪子。
打开“设置”菜单后，使用 Brain 上的向上和向下按钮选择“设备信息”以打开“设备菜单”。
设备菜单屏幕显示有关连接到该端口的设备的信息。 IQ Brain 上有 12 个端口。
使用箭头转到端口 11 电机，即爪式电机。
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端口 11 电机：爪式电机。
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速度：显示电机旋转的速度（每分钟转数）。
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角度：以度数显示电机的当前位置。
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转数：显示电机已转了多少转。
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按检查按钮启动和停止电机。 爪子也可以手动打开和关闭。
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回顾步骤
这是一个暂停的好时机，让学生回顾刚刚完成的导航到“设备菜单”屏幕的步骤。
第三步：探索爪子和手臂的运动
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如果您在打开设备菜单之前完全打开爪子，则爪电机将其完全打开位置视为 0 度 - 正如设备菜单中显示的那样。
在您的工程笔记本中，预测当您通过轻轻地将两侧推到一起来闭合爪时端口 11 电机（爪电机）的值。 当爪子闭合时，角度值是多少？
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提示： 报告的值与下图中显示的值不同。
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轻轻地推动爪子闭合来测试您的预测。 爪电机的设备菜单中现在显示什么角度？
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期望值
如果学生在打开设备菜单之前完全打开 Clawbot 的爪子，则完全打开的位置为 0 度。 将爪子推近后，爪子电机的角度应约为 70 度。
- 继续用手轻轻地打开和关闭爪子，以便您可以看到角度的变化。
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关于爪式电机的角度范围，您注意到什么？ 角度值是否继续增加，还是有限制？
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记下爪电机角度值的范围：全开时的角度值到全闭时的角度值。
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爪张开时的角度值是否始终相同？ 爪子闭合时的角度值是否始终相同？ 你认为这是为什么？
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预期答案
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臂电机具有更大的运动范围，因此电机角度值的度数范围也更大。
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由于选择“设备菜单”时手臂可能处于完全向下的位置，因此起始角度设置为 0 度。 由于手臂可以一直旋转到 Clawbot 的背面，因此范围从 0 开始，多次经过 360 度。 显示的角度值不会继续增加超过 360 度，而是从 0 重新开始。 因此，转数值对于计算臂电机旋转的度数也很重要。 例如，显示的角度值可能是 45 度，但圈数值是 3.12。 这意味着 Arm 电机已完全转动 3 次，即 1080 度加上 45 度，总共 1125 度。 这比爪式电机的范围大得多。
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停下来讨论
引导学生讨论从手臂和爪电机中观察到的情况。 提出以下问题：
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爪子和手臂的运动范围是多少？ 他们总是一样吗？
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为什么这在编程时会有帮助？
所报告的爪电机角度值的范围并不总是相同。 范围从 0 到大约 70 度，但通常会相差几度。 报告的臂电机角度值的范围也不同。 当用手抬起和放下手臂时，其范围从 0 到大约 1125 度，但每次也会增加或减少几度。
这在编程时很有用，因为程序员需要知道电机可以安全旋转多少直到达到极限。 超过该限制，它可能会对其供电的部分施加过大的力。 这对于程序员来说很重要，因为有多种方法可以设置电机的角度或限制电机的旋转以防止损坏。 接下来本课将回顾其中一些方法。
第 4 步：对运动范围进行编程
爪子或手臂等子系统通常具有有限的运动范围，这导致它们无法连续旋转。 在达到机械极限之前，爪子只能张开或闭合一定程度。 同样，手臂的运动范围通常受到地面或机器人本身身体的限制。 当使用运动范围有限的子系统时，保持在该范围内非常重要，无论您是远程控制机器人还是对其进行编程以使其自主移动。 一旦子系统达到极限，继续向电机供电将会给电机和任何连接的组件带来不必要的压力。
老师提示
向学生指出，第三步让他们测试并体验爪子和手臂的有限运动范围。 爪子的运动范围在张开时受到爪机器人其他部件的限制，在闭合时受到爪子两侧相互推动的点的限制。 当手臂下降时，手臂的运动范围受到地面的限制；当手臂完全抬起时，其运动范围受到机器人背面顶部的限制。
在学习如何调整爪子和手臂的有限运动范围之前，让我们先看看用于对爪子和手臂进行编程的块。
VEXcode IQ 中有两个块可用于升高和降低手臂以及将爪子打开和关闭到特定位置。
[旋转] 块和 [旋转到位置] 块。
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[Spin for] 块使电机沿选定方向旋转，距离当前位置选定距离。
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[旋转到位置] 块根据电机的当前位置将电机旋转到选定的位置。 [旋转到位置] 块确定到达该位置的最佳旋转方向。
什么时候会使用这些块？ 想象一下，您对手臂进行编程以升高和降低，但当它降低时，它不会完全降低到零度的起始位置。 相反，它会降低回 15 度。 如果您随后使用 [旋转] 块将其升高 90 度 - 手臂将从当前位置升高 90 度，并且实际上升高到 105 度。
然而，在同样的情况下，如果手臂处于 15 度，并使用 [旋转到位置] 块将其抬起到 90 度，则手臂将抬起 75 度，到达所需的 90 度位置。
理解这一点很重要，因为如果使用 [旋转] 块并且手臂未完全降低或爪子未完全闭合，则手臂或爪子可能会接近其移动距离的极限。
让我们看看与 [旋转为] 和 [旋转到位置] 块一起使用的块，它们可以帮助他们更精确地对机器人进行编程。
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[设置电机超时] 块用于防止未到达其位置的运动块阻止堆栈中其他块的运行。 电机未到达其位置的一个例子是手臂或爪达到其机械极限并且无法完成其运动。
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如果使用 [旋转] 块并且爪子或手臂达到其运动范围的极限，会发生什么？ 项目会因为手臂或爪子无法进一步移动而停止吗？
直到区块完成其任务之前，项目不会停止。 如果爪子尝试打开 100 度，但从 50 度开始，并尝试旋转超出其运动范围，则爪子将继续尝试打开，即使它不能打开。 这不是一个好的情况，因为这可能会拉伤部件并耗尽电池。
在这种情况下，可以使用[设置电机超时] 块 。 该块充当故障安全装置，因此如果电机达到其机械极限，它可以在一定时间后继续完成项目的其余部分。
在下面的示例中，机器人将在爪子张开满 200 度或达到三秒超时后向前行驶。
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[设置电机位置] 块用于将电机的角度值（其位置）设置为选定值。 也可以将其设置为 0 度以重置电机的位置。
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当您知道电机当前的角度是多少时，[旋转到位置] 块更容易编程。 但有时，手臂可能看起来完全放下，但实际上却抬起了几度。
[设置电机位置] 块 可让您设置电机角度所需的度数。 这对于将电机位置重置为 0 度非常有用。
在以下示例中，机器人的手臂电机无论当前处于何处，都会重置为 0 度，然后旋转到 360 度位置并向前行驶。
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[设置电机超时] 和 [设置电机位置] 块
使用 [旋转] 和 [旋转到位置] 块对臂和爪电机进行编程时，并不总是需要 [设置电机超时] 和 [设置电机位置] 块。 然而，项目中的运动块越多，电机的角度值（位置）就越有可能出现一些漂移。 手臂和爪子可能无法返回到 0 度，[旋转] 或 [旋转到位置] 会阻止遇到手臂或爪子机械极限的风险。 在项目开始时设置 [设置电机超时] 块或在 [旋转到位置] 块之前使用 [设置电机位置] 块可以是有用的故障安全实践，可以防止项目继续运行如果达到机械极限，则电机。
扩展你的学习
设备菜单报告连接到 IQ Clawbot 的所有设备的值。 如果时间允许，允许学生探索其他电机和设备报告的值。 例如，端口 2 中的触摸 LED 报告是否按下或释放、LED 是打开还是关闭以及 LED 当前的颜色。 这些都是在项目编程时可以使用的传感器读数。
要求学生通过改变每个设备的状态来探索和操纵这些值。 例如，重复按下触摸 LED 即可查看其报告：按下时、LED 何时亮以及 LED 当前亮起的颜色。