第1章 賽事準備 1

1.1 賽事注冊 1

1.2 器材準備 2

1.3 團隊組建 3

1.4 操作手選擇 4

1.5 競賽策略制訂 5

1.6 結構設計 6

1.7 任務規劃 6

第2章 機器人結構設計 8

2.1 動力傳輸 8

2.1.1 齒輪 8

2.1.2 齒輪齒條傳動 14

2.1.3 蝸杆傳動 15

2.1.4 鏈條傳動 15

2.1.5 帶傳動 16

2.1.6 萬向節傳動 16

2.1.7 凸輪機構 17

2.2 底盤設計 18

2.2.1 底盤類型 18

2.2.2 輪式底盤的轉向方式 19

2.2.3 電機的選擇 23

2.2.4 輪子的選擇 24

2.2.5 顏色傳感器的安裝位置 26

 
樂高EV3機器人

參賽指南

IV

2.3 有電機手臂 29

2.3.1 抓取式收放結構 29

2.3.2 抓取並抬升式收放結構 32

2.3.3 旋轉吸取式收放結構 35

2.3.4 齒條式升降推拉結構 38

2.3.5 傳送帶式升降推拉結構 41

2.3.6 平行四邊形式升降推拉結構 43

2.3.7 曲柄滑塊式升降推拉結構 47

2.3.8 曲柄搖杆式往復結構 50

2.3.9 杠杆式擊打結構 53

2.4 無電機手臂 55

2.4.1 固定式結構 56

2.4.2 運送盒結構 59

2.4.3 單向收取結構 61

2.4.4 觸發下落結構 64

2.4.5 彈力結構 66

2.5 定位結構 70

2.5.1 利用場地邊框的定位結構 70

2.5.2 利用任務模型的定位結構 73

第3章 機器人程序設計 76

3.1 移動 76

3.1.1 常用模塊 76

3.1.2 利用陀螺儀傳感器直行 79

3.1.3 利用陀螺儀傳感器轉向 83

3.2 巡線 86

3.2.1 多狀態巡線 86

3.2.2 比例巡線 91

 
V

3.3 定位 94

3.3.1 利用顏色傳感器檢測線條定位 95

3.3.2 利用顏色傳感器垂直對齊於線條定位 98

3.3.3 利用觸動傳感器定位 104

3.3.4 利用超聲波傳感器定位 106

3.4 檢測物品有無 110

3.4.1 利用觸動傳感器檢測物品有無 110

3.4.2 利用超聲波傳感器檢測物品有無 114

3.4.3 利用顏色傳感器檢測物品有無 120

3.5 檢測物品大小 123

3.5.1 利用手臂電機度數檢測物品大小 123

3.5.2 利用底盤電機度數檢測物品大小 126

3.6 檢測物品顏色 129

3.6.1 利用顏色編號檢測顏色 130

3.6.2 利用RGB值檢測顏色 132

3.6.3 利用HSV值檢測顏色 137

3.7 數據寫入與讀取 144

3.7.1 利用函數關繫控制移動 144

3.7.2 利用數字排列變量讀寫數據 149

3.7.3 利用文件讀寫校正反射光強度 153

3.8 PID控制算法 157

3.8.1 PID控制原理 157

3.8.2 PID算法應用於巡線 165

3.8.3 PID算法應用於直行 168

3.8.4 PID算法應用於轉向 169

第4章 備賽指南 173

4.1 賽前團隊建設 173

目錄.

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樂高EV3機器人

參賽指南

4.1.1 賽前準備 173

4.1.2 團隊協作 174

4.1.3 項目研究 174

4.1.4 技術答辯 175

4.1.5 演講技巧 176

4.1.6 裁判提示 178

4.2 比賽中的技術問題 178

4.2.1 場地光線強度對比賽的影響 178

4.2.2 賽臺或場地紙差異 178

4.2.3 陀螺儀傳感器校準 180

4.2.4 雙電機速度差值檢測 181

4.2.5 執行程序選擇 182

4.2.6 電壓監測 184

4.2.7 設備檢查 185

4.2.8 第三方模塊導入 186

從接觸機器人到現在，我們見證了機器人行業的興起與發展。隨著樂高課程的普及度越來越高，各類競賽
層出不窮。然而教師們將更多的精力投入教學中，很少能專注地研究競賽中的技術點，並設計競賽方案。針對這一現狀，作者萌生了寫本書的念頭。

參加一場機器人競賽很簡單，但是獲得好成績絕非易事。競賽更像是對參賽團隊的綜合考驗，為了盡可能
詳盡地介紹競賽知識，我們決定以團隊形式共同編撰完成本書。本書的作者團隊中有斬獲國內外各類大小競賽獎項的教練員，有具有多年全國大賽執裁經驗的裁判長，以及行業內潛心研究技術並參與師資培訓的講師。我們將從不同視角對機器人競賽進行解讀，並將我們在競賽中發現的種種細節進行分享，希望能對讀者有所幫助。

在規劃本書時，作者團隊征求了很多教育機構的一線教師、機器人技術愛好者及教育機構經營者的建議。
我們希望本書不僅涵蓋各類技術點和實操案例，還要便於閱讀，希望讀者利用本書查找內容能像查字典一樣簡單。如何使一本工具書更便於閱讀和實操呢？經過作者團隊反復斟酌，決定采取教師們比較熟悉的講解方式，通過技術與實操相結合的方式將真實的競賽任務以“挑戰活動”的形式呈現出來，不僅可以讓關注技術或教學的人員快速查到所需內容，還可以讓讀者很好地理解相關知識要點。

參與機器人競賽是一件浪漫的事。當你看到同樣投入賽事的隊員為理想而努力時，當你看到有些參賽隊
員不畏強敵、永不氣餒時，當你看到他們不斷超越自己時，當你看到連續參賽多年的隊員達到參賽年齡上限向你道別時，這些瞬間都值得我們感動。回首自身的經歷，能夠有一份源自興趣愛好的工作無疑是幸運的。雖然我們經歷過挫折，也留下過遺憾，但是從未改變對機器人教育事業的熱愛，這是我們的初心。“初心”二字隻有“十一”筆，但要保持住它需要的卻不止“十一”年。縱使前路充滿了未知和挑戰，我們仍希望能與君共勉，砥礪前行。

感謝大連凱龍瑞創科技有限公司技術部負責人王丹先生，北京青藍智勝教育科技有限公司辛敏先生，唐山
蒲公英教育科技有限公司李劍先生，北京紅心教育科技有限公司創始人辛悅女士，宜興市君林教育文化發展有限公司陳林先生、張擅郡女士，創想時空（北京）教育咨詢有限公司聯合創始人汪彬彬女士對本書編者的大力支持，同時對幫助編者的朋友一並致謝。

作者

2020年3月