基于STEM理念的VEX机器人创客作品设计*——以智能停车系统为例

何文思

(广东省广州市番禺区南村镇雅居乐小学 广东 广州 511442)

创客一词来自英文单词Maker。《Make》杂志发行人 Dale Dougherty 认为那些愿意通过动手实践，努力将各种想法变成现实的群体就是“创客”[1]。小学教学的一项重要任务就是培养小学生的创新思维能力，而训练发散思维是培养创新思维、创新能力的关键与核心[2]。开展创客教育，制作创客作品，让学生在做中学，学中做，做中创，能有效地培养学生的创新意识，提高学生的创新能力和实践能力。

1.创作背景

对于司机而言，在市区停车是一件比较困难的事情，一是停车位难找，二是有些车位比较小，对于新手司机而言比较难停进去。有时候，我们去大型购物商场购物完后，会忘记自己的车停在哪个位置，往往要花一些时间来找车。这些都是现实生活中困扰我们的问题，而智能停车系统就能够很好地解决以上的问题。智能停车系统主要有以下三大功能。第一：自动精准停车。车主只需要将车停在停车场门口，系统就会自动寻找合适的空车位，并帮助小车完成倒车入库的操作。第二：自动计费功能。本系统能够实现自动计时计费，节省人力。第三：预约取车功能。当车主需要用车时，只需要在停车场门口预约，小车就能够自动从车库行驶至停车场门口，供车主使用。整个过程实现全自动化，智能化，无需人工干预。

2.智能停车系统的搭建

2.1 搭建车库模型。利用VEX IQ机器人器材，如结构件、连接件、链条、履带、齿轮、轴等，搭建出车库模型，并根据需要在车库内墙安装超声波传感器，用于感知是否有小车靠近。安装一个智能电机和一个碰撞开关，用于控制车库门的开闭。超声波传感器、智能电机和碰撞开关都连接到主控器中。主控器负责控制整个车库，以及显示停车场费用等。车库模型如下图所示：

图1 车库系统(正面) 图2 车库系统(反面)

2.2 搭建智慧门闸模型。利用结构件、连接件、轴等机器人器件，搭建出智慧门闸模型。其中，在门闸两端分别安装一个超声波传感器，用于检测入口及出口是否有车辆需要通行。智慧门闸模型如下图所示：

图3 智慧门闸模型

2.3 搭建智慧小车模型。利用机器人零件搭建小车模型，并在小车前后各安装一个超声波传感器，用于感知小车与前后方物体的距离，帮助小车进行自动停车操作。在小车上安装一个陀螺仪传感器，统计小车旋转角度，帮助小车精准停车。智慧小车模型如下图所示：

图4 智慧小车模型 图5 智能停车系统模型

3.智能停车系统的程序设计

3.1 智慧车库的程序设计。功能简述：当没有小车停入车库时，超声波传感器没有感知到小车的存在，车库门会常开；当有小车停入车库，超声波传感器感知到有小车的存在，就会自动关闭车库门，并开始计时计费功能。

图6 智慧车库的程序设计流程图

3.2 智慧门闸的程序设计。功能简述：当入口处有小车需要驶入时，入口处的超声波传感器感知到有车要进入停车场，就会打开入口门闸，让小车进来，并自动将停车场的空车位数量减一，当空车位数量为0时，不允许其他车进入停车场。当出口处有小车需要驶出时，出口处的超声波传感器感知到有车要驶出停车场，就会打开出口门闸，让小车出去，并自动将停车场的空车位数量加一。

图7 智慧门闸入口程序设计 图8 智慧门闸入口程序设计

3.3 智慧小车的程序设计。功能简述：根据停车场模型进行路线定制。当小车开启自动停车程序后，直行一段距离，当小车前面的超声波传感器发现前方检测范围内有墙时，就会自动顺时针旋转90°(利用陀螺仪传感器)，然后继续前行，直到前面的传感器再次发现前方有障碍物时，会自动逆时针旋转90°(利用陀螺仪传感器)，然后倒入车库，与此同时，车库门会自动关闭，小车除了前面的超声波传感器继续工作外，其他器件会停止。当车主按下门口的碰撞开关，车库门会自动打开，小车前方的超声波传感器发现车库门打开，会自动从车库驶出至停车场门口，供车主使用。

图9 智慧小车程序设计

3.结语

通过开展创客教育，制作创客作品，让学生在做中学，学中做，做中创。学生们进行创作的过程，就是将自己的想法和创意变成现实的过程。将创客教育理念引入小学，全面培养学生的创新意识，提高学生的创新能力，为社会提供更多的创新型人才！