教師工具箱
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活動大綱
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這項探索將向學生介紹機械運動範圍的概念以及如何使用手臂和爪子來探索它。
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學生還將探索可用於對手臂和爪子進行安全編程的不同模組。
讓我們探索一下運動範圍！
透過這種探索，您可以看到手臂和爪子可以伸展的最小和最大程度。
- 確保您擁有所需的硬體和工程筆記本。
| 數量 | 所需材料 |
|---|---|
| 1 |
VEX IQ 超級套件 |
| 1 |
VEXcode IQ |
| 1 |
工程筆記本 |
老師提示
為學生模擬每個故障排除步驟。
老師提示
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由於這是導航 VEX IQ Brain 的開始活動，教師應該對步驟進行建模，然後要求學生完成相同的動作。 然後，教師應監督學生，以確保他們正確遵循步驟。
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在從「設定」選單中選擇「裝置資訊」之前，請確保學生已用手指輕輕且小心地完全打開爪子。 這確保了爪子在其最大張開時將0度設置為點。
第 2 步：設備選單
首先 打開 機器人大腦並選擇 X 按鈕導航至「設定」選單。
用手指輕輕地完全打開 Clawbot 的爪子。
開啟「設定」選單後，使用 Brain 上的向上和向下按鈕選擇「裝置資訊」以開啟「裝置選單」。
裝置選單畫面顯示連接到該連接埠的裝置的資訊。 IQ Brain 上有 12 個連接埠。
使用箭頭轉到端口 11 電機，即爪式電機。
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連接埠 11 馬達：爪式馬達。
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速度：顯示馬達旋轉的速度（每分鐘轉數）。
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角度：以度數顯示馬達的目前位置。
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轉數：顯示馬達已轉了多少轉。
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按檢查按鈕啟動和停止馬達。 爪子也可以手動打開和關閉。
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回顧步驟
這是一個暫停的好時機，讓學生回顧剛完成的導航到「裝置選單」畫面的步驟。
第三步：探索爪子和手臂的運動
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如果您在打開裝置選單之前完全打開爪子，則爪馬達將其完全打開位置視為 0 度 - 正如設備選單中顯示的那樣。
在您的工程筆記本中，預測當您透過輕輕地將兩側推在一起來閉合爪時，連接爪連接埠 11 馬達（爪馬達）的值是多少。 當爪子閉合時，角度值是多少？
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提示： 報告的數值與下圖中顯示的數值不同。
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輕輕地推動爪子閉合來測試您的預測。 爪馬達的設備選單中現在顯示什麼角度？
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期望值
如果學生在開啟裝置選單之前完全打開 Clawbot 的爪子，則完全開啟的位置為 0 度。 將爪子推近後，爪子馬達的角度應約為 70 度。
- 繼續用手輕輕地打開和關閉爪子，以便您可以看到角度的變化。
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關於爪式馬達的角度範圍，您注意到什麼？ 角度值是否繼續增加，還是有限制？
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記下爪馬達角度值的範圍：全開時的角度值到全閉時的角度值。
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爪張開時的角度值是否始終相同？ 爪子閉合時的角度值是否始終相同？ 你認為這是為什麼？
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預期答案
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臂馬達具有較大的運動範圍，因此馬達角度值的度數範圍也較大。
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由於選擇「裝置選單」時手臂可能處於完全向下的位置，因此起始角度設定為 0 度。 由於手臂可以一直旋轉到 Clawbot 的背面，因此範圍從 0 開始，多次經過 360 度。 顯示的角度值不會繼續增加超過 360 度，而是從 0 重新開始。 因此，轉數值對於計算臂馬達旋轉的度數也很重要。 例如，顯示的角度值可能是 45 度，但圈數值是 3.12。 這意味著 Arm 馬達已完全轉動 3 次，即 1080 度加上 45 度，總共 1125 度。 這比爪式馬達的範圍大得多。
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停下來討論
引導學生討論從手臂和爪電機觀察到的情況。 提出以下問題：
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爪子和手臂的活動範圍是多少？ 他們總是一樣嗎？
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為什麼這在程式設計時會有幫助？
所報告的爪馬達角度值的範圍並不總是相同。 範圍從 0 到大約 70 度，但通常會相差幾度。 報告的臂電機角度值的範圍也不同。 當用手抬起和放下手臂時，其範圍從 0 到大約 1125 度，但每次也會增加或減少幾度。
這在編程時很有用，因為程式設計師需要知道馬達可以安全旋轉多少直到達到極限。 超過該限制，它可能會對其供電的部分施加過大的力。 這對程式設計師來說很重要，因為有多種方法可以設定馬達的角度或限制馬達的旋轉以防止損壞。 接下來本課將回顧其中一些方法。
第 4 步：對運動範圍進行編程
爪子或手臂等子系統通常具有有限的運動範圍，這導致它們無法連續旋轉。 在達到機械極限之前，爪子只能張開或閉合一定程度。 同樣，手臂的運動範圍通常受到地面或機器人本身身體的限制。 當使用運動範圍有限的子系統時，保持在該範圍內非常重要，無論您是遠端控制機器人還是對其進行編程以使其自主移動。 一旦子系統達到極限，繼續向馬達供電將會對馬達和任何連接的組件造成不必要的壓力。
老師提示
向學生指出，第三步讓他們測試並體驗爪子和手臂的有限活動範圍。 爪子的運動範圍在張開時受到爪機器人其他部件的限制，在閉合時受到爪子兩側相互推動的點的限制。 當手臂下降時，手臂的活動範圍受到地面的限制；當手臂完全抬起時，其運動範圍受到機器人背面頂部的限制。
在學習如何調整爪子和手臂的有限運動範圍之前，讓我們先看看用於對爪子和手臂進行編程的塊。
VEXcode IQ 中有兩個區塊可用於升高和降低手臂以及將爪子打開和關閉到特定位置。
[旋轉] 塊和 [旋轉到位置] 塊。
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[Spin for] 塊使馬達沿選定方向旋轉，距離目前位置選定距離。
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[旋轉到位置] 塊根據馬達的目前位置將馬達旋轉到選定的位置。 [旋轉到位置] 方塊決定到達該位置的最佳旋轉方向。
什麼時候會使用這些塊？ 想像一下，您對手臂進行編程以升高和降低，但當它降低時，它不會完全降低到零度的起始位置。 相反，它會降低迴 15 度。 如果您隨後使用 [旋轉] 塊將其升高 90 度 - 手臂將從當前位置升高 90 度，並真正升高到 105 度。
然而，在同樣的情況下，如果手臂處於 15 度，並使用 [旋轉到位置] 塊將其抬起到 90 度，則手臂將抬起 75 度，到達所需的 90 度位置。
理解這一點很重要，因為如果使用 [旋轉] 塊並且手臂未完全降低或爪子未完全閉合，則手臂或爪子可能會接近其移動距離的極限。
讓我們看看與 [旋轉為] 和 [旋轉到位置] 塊一起使用的塊，它們可以幫助他們更精確地對機器人進行編程。
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[設定馬達逾時] 塊用於防止未到達其位置的運動塊阻止堆疊中其他塊的運作。 馬達未到達其位置的一個例子是手臂或爪子達到其機械極限並且無法完成其運動。
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如果使用 [旋轉] 塊並且爪子或手臂達到其運動範圍的極限，會發生什麼？ 項目會因為手臂或爪子無法進一步移動而停止嗎？
在該區塊完成其任務之前，該項目不會停止。 如果爪子嘗試打開 100 度，但從 50 度開始，並嘗試旋轉超出其運動範圍，則爪子將繼續嘗試打開，即使它無法打開。 這不是一個好的情況，因為這可能會拉傷零件並耗盡電池。
在這種情況下，可以使用[設定馬達超時] 塊 。 該塊充當故障安全裝置，因此如果馬達達到其機械極限，它可以在一定時間後繼續完成專案的其餘部分。
在下面的範例中，機器人將在爪子張開滿 200 度或達到三秒超時後向前行駛。
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[設定馬達位置] 塊用於將馬達的角度值（其位置）設定為選取值。 也可以將其設為 0 度以重置馬達的位置。
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當您知道馬達目前的角度是多少時，[旋轉到位置] 塊更容易編程。 但有時，手臂可能看起來完全放下，但實際上卻抬起了幾度。
[設定馬達位置] 塊 可讓您設定馬達角度所需的度數。 這對於將馬達位置重置為 0 度非常有用。
在以下範例中，機器人的手臂馬達無論目前處於何處，都會重設為 0 度，然後旋轉到 360 度位置並向前行駛。
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[設定馬達超時] 和 [設定馬達位置] 塊
使用 [旋轉] 和 [旋轉到位置] 塊對臂和爪馬達進行編程時，並不總是需要 [設定馬達超時] 和 [設定馬達位置] 塊。 然而，項目中的運動塊越多，馬達的角度值（位置）就越有可能出現一些漂移。 手臂和爪子可能無法回到 0 度，[旋轉] 或 [旋轉到位置] 會阻止遇到手臂或爪子機械極限的風險。 在專案開始時設定 [設定電機超時] 塊或在 [旋轉到位置] 塊之前使用 [設置電機位置] 塊可以是有用的故障安全實踐，可以防止項目繼續運行如果達到機械極限，則電機。
擴展你的學習
裝置選單會報告連接到 IQ Clawbot 的所有裝置的值。 如果時間允許，允許學生探索其他馬達和設備報告的值。 例如，連接埠 2 中的觸控 LED 報告是否按下或釋放、LED 是開啟還是關閉以及 LED 目前的顏色。 這些都是在專案編程時可以使用的感測器讀數。
要求學生透過改變每個設備的狀態來探索和操縱這些值。 例如，重複按下觸控 LED 即可查看其報告：按下時、LED 何時亮以及 LED 目前亮起的顏色。