M06 寻找材料

S7上阶段 FLL模拟课 第9次课 | 学生学习端

🎬
课前动画
15幕故事动画，看小航寻找材料
🔧
搭建步骤
输入密码查看搭建思路与步骤
📚
知识点体系
4大模块16个知识点梳理
✏️
课后答题
5选择+3判断，检验学习成果
爱萝卜机器人编程中心 | 陶老师课堂

🎬 课前动画 — 小航寻找材料

15幕故事动画，点击"下一幕"继续观看

🤖
M06 寻找材料
在遥远的FLL机器人基地里，住着一个聪明的小机器人，名叫小航。他每天的任务就是帮助工程师完成各种挑战。今天，又会有什么任务等着他呢？
☀️
基地的早晨
阳光明媚的早晨，小航正在基地里悠闲地充电休息。基地里一切都井井有条，小航心想：今天真是个平静的好日子呀～
📡
紧急消息！
突然，基地的通讯器响了起来！滴滴滴——工程师发来紧急消息："小航！不好了！基地外的飞机发动机出现了严重故障，需要立即维修！"
🔧
需要90i科技板
工程师继续说："维修发动机需要一块特殊的90i科技板，没有它飞机就修不好！我们通过雷达已经找到了它的位置，就在基地的东北处！"
🗺️
出发准备
小航立刻行动起来！他检查了自己的装备：颜色传感器、陀螺仪、电机……一切正常！可是东北处那么远，怎么才能不迷路呢？
⬛
黑色的路标
工程师提醒道："别担心！我在沿途地面上制作了黑色路标，它们连成一条线，你只要沿着黑线走，就能找到科技板！这叫做巡线。"
👀
什么是巡线？
小航好奇地问："什么是巡线呀？"工程师解释："你的身体下方有一个颜色传感器，它能看到地面的颜色。黑线和白色地面反射的光不一样，你只要让传感器一直沿着黑线的边缘走，就不会迷路啦！"
📐
比例巡线的秘密
工程师继续说："巡线有个小秘诀，叫做比例巡线。用传感器看到的光减去一个比较值，再乘以一个比例值，就能算出该往哪边转。这样你就能稳稳地沿着黑线走啦！"
转向值 = (反射光 - 比较值) × 比例值
↪️
遇到转弯
小航出发了！他沿着黑线稳稳地前进。走着走着，黑线突然转弯了！小航的颜色传感器立刻检测到变化，自动调整方向，成功跟着黑线转了过去。"哇，比例巡线真好用！"
🎯
到达目标！
经过一段巡线旅程，小航终于到达了目的地！他看到了那块闪闪发光的90i科技板，正平放在地面上。可是，怎么才能把它带回去呢？
⚙️
齿轮传动机关
小航想起自己背上装了一个特殊的机关！里面有两个锥齿轮，它们垂直咬合在一起。电机水平转动，通过锥齿轮传动，就能让轴垂直方向转动，把材料抬起来！
⬆️
抬起材料
小航把机关对准科技板的下方，启动电机！嗡嗡嗡——下方的轴转动起来，从科技板的下方穿过，稳稳地把它抬了起来！"成功了！"
🛡️
限位保护
可是科技板被抬起来后，会不会在运送途中掉下来呢？别担心！机关的上方还有两根限位轴，它们像天花板一样挡住科技板，让它既抬得起来又掉不下去。抬起+限位，完美配合！
🏠
胜利返回
小航小心翼翼地带着90i科技板返回基地。他用陀螺仪修正方向，稳稳地走直线，一路平安回到了基地！工程师高兴地说："太棒了小航！有了这块科技板，飞机很快就能修好啦！"
🎉
任务完成！
今天小航学会了好多本领：比例巡线沿着黑线走、锥齿轮垂直传动改变方向、抬起+限位双轴设计运送材料。这些都是FLL机器人比赛中非常重要的技能哦！下节课继续加油！🚀
第 1 / 15 幕

🔧 课堂作品搭建步骤

输入密码查看搭建思路、零件筛选与一步步搭建指导

🔒

搭建步骤已加密

请输入老师提供的密码，查看完整的搭建思路、结构功能需求分析、零件筛选和一步步搭建指导。


❌ 密码错误，请重试

🎯 任务目标拆解

📌 任务目标
将 90i科技板 从基地东北处运送到基地内
📍 科技板位置
基地东北处，沿途地面有黑色路标
📦 科技板特征
平板状，平放在地面，需要从下方抬起
🚀 运送策略（4步走）
1
沿黑线
巡线到达
→
2
下方轴
抬起材料
→
3
上方轴
限位固定
→
4
陀螺仪修正
返回基地
🛣️
功能需求1：巡线
沿黑线行走不迷路
→ 需要颜色传感器+比例巡线程序
⬆️
功能需求2：抬起
从下方把材料抬起来
→ 需要抬起轴+电机驱动
🛡️
功能需求3：限位
防止材料运送时掉落
→ 需要限位轴（不连电机）
⚙️
功能需求4：变向
电机水平转→轴垂直转
→ 需要锥齿轮垂直传动
🔩 零件筛选（按功能需求）
方框梁×25孔梁×1直角梁×3 锥齿轮×2长轴×4轴×2 黑色销×5蓝色长销×2白色销×3 轴套×若干
第 1 / 5 步
1

搭建基础框架

搭建机关的根基，确保与车体牢固连接

📦 需要的零件

方框梁 ×15孔梁 ×1黑色销 ×2长轴 ×1
基础框架：稳固的"地基" 蓝色=方框梁 红点=黑色销固定 橙色=长轴
基础框架的作用是什么？为什么要先搭它？
基础框架是整个机关的"地基"，后面所有的齿轮、轴、梁都要装在它上面。如果框架不稳，整个机关就会晃动，抬起材料时容易掉落。所以必须先把框架搭牢固，再往上装其他零件。
框架和车体之间至少需要几个连接点？为什么？
至少需要3个连接点。因为3个点才能确定一个平面，少于3个点框架会绕着连接点转动，不够稳定。连接点越多越牢固，但也不要太多，否则会增加重量和拆装难度。

📚 课堂知识点体系

4大模块、16个知识点，标注重点

⚙️ 模块一：齿轮传动与机械结构

重点1. 锥齿轮垂直传动

两个锥齿轮垂直咬在一起，能把水平方向的转动变成垂直方向的转动，就像拐弯一样转了90度。
生活实例：就像汽车方向盘，你水平转动方向盘，通过齿轮传动，车轮就会垂直方向转向。
水平旋转 → 90°变向 → 垂直旋转
刚好咬合✓

2. 齿轮咬合要点

齿轮的齿要刚好嵌在一起，太紧了转不动，太松了会打滑空转。用手转一转测试最靠谱。
生活实例：就像两个齿轮玩具，太紧了用手拨不动，太松了一转就空转发不出力。
轴套固定不脱落

3. 轴的承载与固定

轴要装在梁的孔里才能自由转动，轴套和销用来固定轴的位置，不让它左右乱跑掉出来。
生活实例：就像门的合页，门轴装在合页孔里才能转动，不会掉出来。
框架4点固定=稳✓

4. 框架稳定性

基础框架是整个机关的"地基"，必须和车体牢牢连在一起。至少3个固定点才能确定一个平面，才不会晃。
生活实例：就像桌子要有4条腿才稳，1条腿肯定晃来晃去站不住。
📐 模块二：机关设计——抬起+限位
抬起轴(下)材料

重点5. 抬起轴设计

下面的轴连电机，从材料底下穿过去一转，就把材料撬起来了。必须够长，确保完全伸到材料下方。
生活实例：就像用撬棍从箱子底下伸进去，一撬就把箱子抬起来了。
下方轴 = 主动轴 = 电机驱动 = 抬起
限位轴(上·不动)抬起轴(下·转动)

重点6. 限位轴设计

上面两根轴不连电机，就是挡着材料不让它往上跑，掉不下来。抬起+限位形成叉形结构，材料夹在中间。
生活实例：就像公交车上的扶手栏杆，挡住你不让你摔倒，但栏杆本身不会动。
上方轴 = 从动轴 = 被动阻挡 = 限位
间距略大于材料厚度

7. 三轴间距调整

抬起轴和限位轴之间的空隙要比材料厚一点点（约2-3mm），太近卡住，太远晃。实际测试微调。
生活实例：就像电梯门，门缝太窄人进不去，太宽又不安全，刚好能过人才行。
延长加长=够得远

8. 延长轴的作用

轴加长一点，机器人不用凑那么近也能够到材料，更容易对准。但不能太长，否则结构不结实、电机带不动。
生活实例：就像用长柄夹子夹远处的东西，比用手直接够方便多了。
🔄 模块三：比例巡线编程
眼沿黑线边走

重点9. 比例巡线原理

颜色传感器看到黑线和白地反光不一样，算出差多少就往哪边转，一直沿着黑线的边缘走。
生活实例：就像你用手摸着墙走路，手感觉到墙就往反方向偏一点，一直沿着墙走不迷路。
转向值 = (反射光 - 比较值) × 比例值
小大靠两侧靠中间比较值大小

重点10. 比较值的作用

比较值决定走黑线的哪个位置，值大走中间，值小走两边。记住口诀：大中间，小两边。
生活实例：就像在马路边走，比较值大就是走马路中间，比较值小就是贴着路边牙子走。
比较值↑→靠中间 | 比较值↓→靠两侧
比例值大=摆动大比例值小=走得稳

重点11. 比例值的作用

比例值决定转弯的灵敏度，值大转弯猛（摆动大），值小转弯缓（走得稳）。刚进线用大值防丢线，走稳后用小值。
生活实例：就像开车打方向盘，打得多转弯猛（容易晃），打得少转弯缓（开得稳）。
比例值↑→摆动大(灵敏) | 比例值↓→摆动小(稳定)
传感距地1-1.5cm车头偏一侧

12. 传感器安装位置

颜色传感器装在车头偏一侧（通常右侧），离地面1-1.5厘米，正对着黑线边。太高检测不到差异，太低碰到地面。
生活实例：就像你的眼睛长在脸的前方，离地面合适高度才能看清路，太高太低都不行。
🧭 模块四：陀螺仪与程序结构
目标偏了修正方向→走直线

13. 陀螺仪偏航角修正

陀螺仪能知道自己转了多少度，走歪了就往反方向修正一点，保证走直线。不会因为地面不平或电机差异走歪。
生活实例：就像你走路时眼睛看着前方目标，发现走偏了就调整方向，一直朝目标走。
转向 = 目标角 - 偏航角
0清零重置走直线前先清零再出发

14. 重置陀螺仪时机

每次要走直线之前先把陀螺仪清零，因为时间长了它会"记错"角度（累积误差），清零后才准。
生活实例：就像秤东西之前先把秤调到零，不然称出来的重量不准。
出发→巡线→对位→抬起→返回5步流程一步接一步

15. 程序流程设计

完整程序分5步：出发→巡线→对位→抬起→返回，一步接一步。每步之间要考虑过渡和误差累积。
生活实例：就像你早上上学：起床→走路→到校门口→进教室→坐下，按顺序来。
时间控制简单但不准传感器控制更准但复杂初学者先用时间控制熟练后再用传感器

16. 时间控制vs传感器控制

用时间控制（走6秒）简单但不准（受电量和摩擦影响）；用传感器控制（看到线就停）更准但要装好传感器。初学者先用时间控制。
生活实例：就像煮鸡蛋，定闹钟煮5分钟（时间控制）简单但可能没熟；用温度计测水温（传感器控制）更准但要买温度计。

🎯 本节课5大重点

① 锥齿轮垂直传动原理（水平转垂直，90度变向）
② 抬起+限位双轴机关设计（下方主动抬起，上方从动限位）
③ 比例巡线公式（转向=(反射光-比较值)×比例值）
④ 比较值和比例值对巡线效果的影响
⑤ 陀螺仪偏航角修正走直线

✏️ 课后互动问答题

5道单选 + 3道判断，提交后查看判分与解析

🎉 答题完成！
0
第1题单选题
电机水平转 抬起轴垂直转↑ 两个锥齿轮垂直咬合 → 方向转了90度
本节课我们用了两个锥齿轮垂直咬合（如上图），它的主要作用是什么？💡 提示：电机是水平转的，抬起轴是怎么转的？

✅ 正确答案：B

锥齿轮（冠状齿轮）的齿是斜的，两个锥齿轮垂直咬合时，可以将水平方向的旋转转化为垂直方向的旋转，实现90度变向传动。电机水平安装在车体上，通过锥齿轮传动就能让抬起轴垂直转动，把材料抬起来。这是本节课机关设计的核心原理。

第2题单选题
小 比较值小→靠两侧 大 比较值大→靠中间 口诀：大中间，小两边
比例巡线时（沿黑线走），比较值越大，机器人会走在黑线的哪个位置？💡 提示：看上图，记住口诀"大中间，小两边"

✅ 正确答案：B

比较值决定巡线的基准位置。比较值越大，车体越靠近黑线的中间（走内线）；比较值越小，车体越靠近黑线的两侧（走外线）。可以记住口诀：大中间，小两边。调整比较值可以改变机器人在黑线上的行走位置。

第3题单选题（中）
地面 90i科技板 抬起轴（在材料下方转动） 轴转动→抬起
要把平放在地上的90i科技板抬起来（如上图），抬起轴应该装在机关的哪个位置？💡 提示：想想撬棍是怎么撬箱子的？

✅ 正确答案：C

科技板是平放在地面上的，要抬起它必须从下方穿过才能托起来。抬起轴装在下方，转动时从材料底下穿过去，把材料撬起来。如果装在上方只会压住材料而抬不起来，装在侧面只能推动材料而不能抬起。所以抬起轴必须在下方。

第4题单选题（中）
传感器 看到的光 − 比较值 × 比例值 = 转向值 （往哪转）
比例巡线时，机器人要算"往哪边转、转多少"。看上图的计算过程，转向值等于什么？💡 提示：先减后乘，传感器的光减去比较值，再乘以比例值

✅ 正确答案：B

比例巡线的公式是：转向值 = (反射光 - 比较值) × 比例值。先用传感器检测到的反射光减去比较值，得到偏差量（正或负），再乘以比例值放大或缩小这个偏差，最终得到转向值。偏差越大转向越猛，偏差越小转向越缓，这样机器人就能自动调整方向沿着黑线走。

第5题单选题（难）
目标方向（走直线） 走歪了！ 修正↩ 修正后走直了✓
本节课我们用了陀螺仪来帮助机器人（如上图），它的主要作用是什么？💡 提示：机器人走歪了怎么办？陀螺仪能知道自己转了多少度

✅ 正确答案：C

陀螺仪可以检测机器人的偏航角度（转动了多少度）。在走直线时，用目标角度减去当前偏航角得到转向修正值，实时调整方向，确保机器人始终朝目标方向前进，不会因为地面摩擦不均或电机差异而走歪。这是FLL比赛中保证走直线精度的重要方法。

第6题判断题
上方两根限位轴 90i科技板 下方抬起轴（连电机转动） ✗ 不连电机
判断对错：机关上方的两根限位轴（如上图蓝色）需要连接电机才能转动，它们是主动轴。💡 提示：上图左上角标了什么？限位轴需要自己转吗？

✅ 正确答案：❌ 错误

错误！限位轴是"从动轴"，不需要连接电机，它是被动工作的。限位轴的作用只是阻挡材料向上窜动，不需要主动转动，所以不连电机。只有下方的抬起轴才是"主动轴"，需要连接电机驱动转动。记住：下方主动抬起，上方从动限位。

第7题判断题（中）
比例值大 = 摆动大（像打方向盘打得多） 比例值小 = 走得稳（像打方向盘打得少）
判断对错：比例巡线时，比例值越大，机器人摆动幅度越大，转弯修正越灵敏（就像开车打方向盘，打得多转弯猛）。💡 提示：看上图，红色线摆动大还是绿色线摆动大？

✅ 正确答案：✅ 正确

正确！比例值决定修正的灵敏度。比例值越大，同样的偏差会产生更大的转向值，车体摆动幅度更大，修正更灵敏，适合刚进入黑线时使用，防止找不到线。比例值越小，转向修正越平缓，车体摆动幅度小，走得更稳定，但可能反应不够快跟不上急弯。要根据实际情况选择合适的比例值。

第8题判断题（难）
上方2根限位轴（不连电机，挡住材料） 90i科技板 下方1根抬起轴（连电机，把材料抬起来） 间距略大于 材料厚度
判断对错：如上图的"抬起+限位"设计中，抬起轴在下方由电机驱动，限位轴在上方不连电机，上下轴之间的空隙应该比90i科技板厚一点点。💡 提示：看上图，下方是什么轴？上方是什么轴？空隙太大材料会怎样？

✅ 正确答案：✅ 正确

正确！这是本节课机关设计的核心要点：①抬起轴在下方，是主动轴，由电机驱动，从材料下方穿过把材料抬起来；②限位轴在上方，是从动轴，不连电机，被动阻挡材料防止掉落；③两者间距略大于材料厚度（约2-3mm余量），太近会卡住材料，太远材料会晃动掉落。抬起+限位形成叉形结构，把材料稳稳夹在中间。