关注细节，耐心坚持——乐高EV3巡线小车调试感悟

◆北京市第三十五中学国际部高三 陈若鑫 陈怀宇

高一下学期，我们惊喜地发现课表中多了一门科技课，于是选择了其中的人工智能机器人方向，并完成了课题《基于乐高EV3巡线小车设计及调试》。

受疫情影响，我们的课题曾一度中断，但最终还是坚持完成了。回想这一过程，有过艰辛，也充满喜悦，但更多的是收获。

图1 乐高EV3巡线小车模型

硬件搭建：基础工作不容小视

课题完成的前提是搭建一台乐高巡线小车。这台小车由底盘、控制器、传感器三部分组成。巡线小车底盘部分由1个万向轮、2个滚轮、2个大型电机和一些结构件组成。巡线小车控制器安装在底盘上方，可读取传感器信息，向大型电机输出相应的电信号，进而驱动滚轮。

在搭建小车之前，我们既想让小车看上去美观，又想让它能灵活应对各种地形。综合考虑后，我们将橡胶轮与万向轮组合，并构建了初始的结构示意图，再依图搭建。搭建的过程中我们遇到了一些困难，比如，双光电传感器之间的距离应如何设定才能更好地达成巡线目的？马达安放在何处才能让小车转弯时更灵活？……出现的一系列问题让我们意识到前期设计的不足之处，并对此进行了补充设计。

起初，我们以为搭建小车是计划中最简单的环节，本想在3天之内完成，但事与愿违。乐高零件丰富，而且很多零件的外观非常相似，稍不注意就会出错。我们就曾因为用错零件，导致搭建快要结束时才发现安装传感器少了安装孔，不得不重装。

这次重装的经历也让我们明白，不论什么环节都要认真对待。经此一事，我们更认真也更团结了。

编程测试：没有最好只有更好

小车搭建完成后便是程序编写。通过查阅资料，我们首先确定了程序的基本框架，选择了更精准的PID巡线算法。我们学习了流程绘制，更清晰地表达了算法逻辑和过程，并依据流程图完成了算法的编程。在这个过程中，我们不仅学习了与程序相关的知识，还学会了梳理解决问题的步骤和方法。

程序完成之后需要调节PID参数。我们希望通过调节参数获取较好的巡线状态。在调试过程中我们发现，针对不同的速度需要设置不同的PID参数，要想平衡小车速度与系数之间的关系，十分困难。起初，我们将小车速度调慢以便观察，之后再通过控制变量的方法，对Kp、Ki与Kd逐一调节。

比例系数Kp越小，控制作用越小，系统响应越慢；反之越大，控制作用也越强，系统响应越快。因此，Kp不能选取过大，应根据被控对象的特性选取，使系统的净差控制在允许的范围内，同时又要让小车具有较快的响应速度。

为保证数据准确、严谨，每组数据我们都会重复测试多次。经多次测试，我们终于确定了在当前马达功率下的三个系数。边做边记录不仅锻炼了我们的耐心，也为之后的总结工作提供了便利。

表1 参数调节记录表

图2 陈怀宇（左）、陈若鑫（右）测试巡线小车

在对乐高EV3巡线小车的研究学习过程中，我们的能力得到了提升，还深刻体会到了团队合作的重要性——分享自己的想法，遇到问题及时交流才能更快地达成目标。

此外，我们也懂得了及时总结的重要性——认真分析每一次的测试数据、小车每一次的运行情况，才能确定最适合的调整方案。

最后，我们也深刻感受到了科研路上的不易——研究过程充满困难与挫折，只有秉持不畏艰难、勇攀高峰的探索精神，才能真正实现突破与创新。