封皮大学版智能机器人

MT-UROBOT任课教师 ---- 孙立华

目录

一、机器人概述一、机器人概述二、二、 MT-UROBOTMT-UROBOT 程序编制程序编制三、应用操作实例三、应用操作实例四、创意设计四、创意设计

比尔比尔 ·· 盖茨预言：未来家家都有机器人盖茨预言：未来家家都有机器人

目录目录

机器人概述机器人概述11.. 机器人的产生、发展及应用机器人的产生、发展及应用机器人的产生世界各国机器人发展现状机器人的应用与种类2.2. 机器人的内部结构机器人的内部结构机器人通常的内部结构MT-UROBOT的系统结构

一、机器人概述一、机器人概述

MT-UROBOTMT-UROBOT 程序编制程序编制二、二、 MT-UROBOTMT-UROBOT 程序编制程序编制1.1. 编程方法：：图形化交互式图形化交互式 CC 语言（简称流程图）是用语言（简称流程图）是用于于 MT-UROBOTMT-UROBOT 的专用开发系统。流程图编辑环境运行的专用开发系统。流程图编辑环境运行在在 Windows 95/98 Windows 95/98 和 和 Windows NT 4.0Windows NT 4.0 以上版本的操作系以上版本的操作系统上。流程图是由图形化编程界面和统上。流程图是由图形化编程界面和 CC 语言代码编程界面语言代码编程界面组成的。组成的。 2.2. 编程界面组成部分编程界面组成部分 3.3. 编程过程编程过程4.4. 流程图程序流程图程序

应用操作实例

拔河比赛

三、应用操作实例三、应用操作实例程序设计举例

四、创意设计四、创意设计独立设计项目

机器人灭火比赛 结束

§§1.1.11.1.1 机器人的产生机器人的产生 机器人产生的背景，机器人技术的发展，它应该说是一个科学技术发展共同的一个综合性的结果。美国 是机器人的诞生地，早在 1962 年就研制出世界上第一台工业机器人，比起号称 " 机器人王国 " 的日本起步至少要早五六年。 那么什么是机器人呢？人们一般的理解来看，机器人是具有一些类似人的功能的机械电子装置，或者叫自动化装置，它仍然是个机器，它有三个特点，一个是有类人的功能，比如说作业功能，感知功能，行走功能，还能完成各种动作，它还有一个特点是根据人的编程能自动的工作，这里一个显著的特点，就是它可以编程，改变它的工作、动作、工作的对象，和工作的一些要求，它是人造的机器或机械电子装置。但从完整的更为深远的机器人定义来看，应该更强调机器人智能，所以人们又提出来机器人的定义是能够感知环境，能够有学习、情感和对外界一种逻辑判断思维的这种机器。那么这给机器人提出来更高层次的要求，展望 21 世纪，机器人将是一个与 20 世纪计算机的普及一样，会深入地应用到各个领域，在 21 世纪的前 20 年是机器人从制造业走向非制造业的发展一个重要时期，也是智能机器人发展的一个关键时期。

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§1.1.2§1.1.2 世界各国机器人发展现状世界各国机器人发展现状1.1. 世界主要国机器人发展现状世界主要国机器人发展现状美国：美国：经过30多年的发展，现已成为世界上的机器人强国之一，基础雄厚，技术先进。 日本：在 1967年由川崎重工业公司从美国 Unimation 公司引进机器人及其技术，建立起生产车间，并于 1968年试制出第一台川崎的“尤尼曼特”机器人。 经过短短的几十年，开始在各个领域内广泛推广使用机器人。中国 ：我国已在“七五”计划中把机器人列人国家重点科研规划内容，拨巨款在沈阳建立了全国第一个机器人研究示范工程，全面展开了机器人基础理论与基础元器件研究。十几年来，相继研制出示教再现型的搬运、点焊、弧焊、喷漆、装配等门类齐全的工业机器人及水下作业、军用和特种机器人。目前，示教再现型机器人技术已基本成熟，并在工厂中推广应用。我国自行生产的机器人喷漆流水线在长春第一汽车厂及东风汽车厂投入运行。 1986 年 3月开始的国家 863高科技发展规划已列入研究、开发智能机器人的内容。

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§1.1.3§1.1.3机器人的应用与种类机器人的应用与种类1. 应用：工业制造领域：主要让机器人在机械制造业中代替人完成大批量、高质量要求的工作，如汽车制造、舰船制造及某些家电产品（电视机、电冰箱、洗衣机）的制造等。

军事领域：主要让机器人执行一些自动的侦察与控制任务，尤其是一些相对较为危险的任务，比如，无人侦察机、拆除炸弹的机器人及扫雷机器人等。

娱乐领域：应用十分广泛，比如，机器人足球大赛、机器人弹钢琴和机器人宠物等

医疗领域：机器人主要用来辅助护士进行一些日常的工作，比如，帮助医生运送用药品及自动监测病房内的空气质量等等。

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§1.1.3§1.1.3机器人的应用与种类机器人的应用与种类2. 种类：操作型机器人：能自动控制，可重复编程，多功能，有几个自由度，可固定或运动，用于相关自动化系统中。程控型机器人：按预先要求的顺序及条件，依次控制机器人的机械动作。示教再现型机器人：通过引导或其它方式，先教会机器人动作，输入工作程序，机器人则自动重复进行作业。数控型机器人：不必使机器人动作，通过数值、语言等对机器人进行示教，机器人根据示教后的信息进行作业。感觉控制型机器人：利用传感器获取的信息控制机器人的动作。适应控制型机器人：机器人能适应环境的变化，控制其自身的行动。学习控制型机器人：机器人能“体会”工作的经验，具有一定的学习功能，并将所“学”的经验用于工作中。智能机器人：以人工智能决定其行动的人。

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机器人通常的内部结构：机器人一般由执行机构、驱动装置、检测装置和控制系统等组成。 机器人的组成部分也可划分为硬件与软件两部分，其中软件包括控制规则与控制接口。

§1.2.1§1.2.1 机器人的内部结构机器人的内部结构

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1.2.2MT-UROBOT 的系统结构

1.1. 控制部分2.2.传感器部分3.3. 执行部分

§§1.2.2MT-UROBOT1.2.2MT-UROBOT 的系统结构的系统结构主要结构如下图所示： 1-1

系统结构可以概括为：

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§§1.2.2.11.2.2.1控制部分：控制部分：控制部分是控制部分是 MT-UROBOTMT-UROBOT 机器人的核心组机器人的核心组成部分，集成在一个主板盒里面，主板盒外观见图（成部分，集成在一个主板盒里面，主板盒外观见图（ 1-21-2 ））

MT-UROBOT 主板盒示意图

（ 1 ）主板 位于 MT-UROBOT“心脏”部位的控制部件是 MT-UROBOT 的大脑——主板，它被安装在主板盒里面，由很多电子元器件组成，跟人的大脑一样，主要完成接收信息、处理信息、发出指令等一系列过程。MT-UROBOT 的大脑有记忆功能，这主要由主板上的内存来实现，至于“大脑”的分析、判断、决断功能则由主板上的众多芯片共同完成。（ 2 ）位于 MT-UROBOT主板盒上得众多控制按键、指示灯等等，是 MT-UROBOT 机器人运行控制部件，它的组成和主要的控制功能在前面我已做了介绍，这里就不再重复。

MT-UROBOT扩展电路板安装示意图

（ 3）扩展接口电路板 位于 MT-UROBOT 前端的扩展接口电路板提供了心脏（主板盒）与眼睛（各种传感器）及手脚（各种执行机构）之间的信息传达桥梁，并给执行机构及各种传感器提供动力。 MT-UROBOT 可以根据用户不同的创新设计安装不同的扩展接口电路板，机械连接甚至在理论上可以无限扩展。图 1-3所示为扩展三块电路板的安装方式。

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§1.2.2.2 传感器§§1.2.2.2 1.2.2.2 传感器传感器

光电耦合器

碰撞开关

红外发射、接收传感器 码盘 ＝光电编码器

光敏传感器 灰度传感器

MT-UROBOTMT-UROBOT 机器人的传感器主要包括以下几种：机器人的传感器主要包括以下几种：

传感器安装示意图

碰撞传感器—MT-UROBOT MT-UROBOT 机器人的下部放置了一个碰撞系统，保证MT-UROBOT 机器人的正常活动。 MT-UROBOT 机器人的碰撞机构能够检测到来自前后各 120°范围内物体的碰撞，使MT-UROBOT 机器人遭遇到来自不同方向的碰撞后，能够转弯避开并保持正常活动。前后的碰撞系统分别由一个被弹性固定到机器人主体上的半环状金属片和三个碰撞开关组成。来自不同方向的碰撞将使不同的碰撞开关闭合，从而可以判断出障碍物的方向。

红外传感器 MT-UROBOT 机器人的红外传感器共包含两种器件：红外发射管和红外接收管，红外接收管可以安装于 MT-UROBOT 机器人的正前方，两只红外发射管安装于红外接收管的两侧；同时红外发射管也可以安装于MT-UROBOT 机器人的正前方，两只红外接受管安装于红外发射管两侧。而且他们也可以安装到灭火风扇支架上面，因而MT-UROBOT 机器人提供给了用户更多的发挥自主创新的空间。 红外发射管可以发出红外线，红外线在遇到障碍后被反射回来，红外接收管接收到被反射回来的红外线以后，通过 A/D转换送入 CPU进行处理。红外传感器能够看到前方 10cm80cm ， 90°范围内的比 210mmx150mm面积大的障碍物，如果障碍物太小太细、或者在它的可视范围以外，它可就没法看到了。 在 MT-UROBOT 机器人的可视范围内，它的可视距离是可调整的。

光敏传感器 光敏传感器是由两个光敏电阻组成，它可以安装于机器人的传感器支架、灭火风扇支架上的任意位置。 光敏传感器能够探测光线，不过在这里我们是让它看见特定的颜色。我们在MT-UROBOT 机器人的光敏传感器罩上了一层滤光纸，通过它的颜色来决定 MT-UROBOT 机器人能探测什么颜色的光线。 大学版机器人智能机器人上有 2 个光敏传感器，它可以检测到光线的强弱。光敏传感器其实是一个光敏电阻，它的阻值受照射在它上面的光线强弱的影响。 大学版机器人智能机器人所用的光敏电阻的阻值在很暗的环境下为 75ＫΩ，室内照度下几ＫΩ，阳光或强光下几十 Ω。 安装 光敏传感器是一个可变的电阻，它的接插方式没有方向性，在扩展板上的位置如图 1-7

图 1-7 光敏传感器插针位置图

话筒 MT-UROBOT 机器人的话筒的功能很强，它可以感受到声音的强弱。我们知道我们自己的耳朵并不是所有声音都可以听见的，我们听见的声音在一定的频率范围内，MT-UROBOT 的“耳朵”也是这样，它能听见的声音频率范围跟人能听到的范围大致是一样的，大约是 16Hz20000Hz的机械波。 MT-UROBOT 机器人在听到你的声音命令后，会根据你的指示（由程序事先输入）采取行动。 MT-UROBOT 机器人话筒也就是麦克风，在主板盒上面的右上方。

光电编码器 在 MT-UROBOT 机器人里有码盘和光耦（光电编码器）。光电编码器主要作为控制的反馈信号。光耦通过测定随轮轴一起转动的码盘的转动角度，得出轮子所转动的圈数，从而测定距离。

地面灰度传感器及金属接近开关 地面灰度传感器也叫寻迹传感器，它由一个红外光发射管和一个红外接受管组成，由于地面的灰度不同，经过反射，接收管接收到的信号也会发生相应的变化，从而可以得到地面上灰度的信息。

其他传感器大学版机器人还能集成很多其他的传感器，下面作简单介绍：热释电传感器 热释电传感器对移动的人体热源敏感，可以探测几米外的人体。大学版机器人装上 1 个或几个热释电传感器后，你可以让他一看见你，就向你迎过来，让他跟着你走。超声传感器 超声传感器是机器人测距的专业传感器，测量距离一般为 20cm-6m，测量精度为 1%，是测量声波发射与收到回波之间的时间差来测量距离的。运用大学版机器人本体上带的传感器在房间里找到门不容易，但运用声纳对房间扫描一周后，就能较方便找到房门。连续测距红外传感器 SHARP公司推出了创新的 GP2D02/ GP2D12连续测距红外传感器，测量范围为 10cm-80cm，参加灭火比赛时，用它来找房间门非常棒。数字指南针 自主机器人的导航至今仍是世界性难题，借助数字指南针，可以使大学版机器人辨别方向。温度传感器 想让机器人动态告诉你气温吗？加一个温度传感器是个好方法。无线视觉传感器 用大学版智能机器人来作移动的监视平台。你可以在大学版机器人上安装无线摄像头，把视频信号发射出来，用 PC机接收后进行图象处理。红外避障传感器 用来探测的不同方向的障碍物，可以使机器人有效的避开障碍物。 还有许多传感器，可以让大学版机器人拥有有特殊本领。 大学版机器人的魅力在于你能控制所有的资源，直接领悟信息采集与处理的机制，以及如何处理现实情况的复杂性和难以预测性。 返回

MT-UROBOT 机器人的执行部分是指机器人执行具体功能时所要用到的部件，如图 MT-UROBOT执行部分所示， MT-UROBOT机器人的执行部分共有以下五种： 扬声器、 LCD 、主动轮及其驱动机构、从动轮、直流电机。

§§1.2.2.31.2.2.3 执行部分执行部分

扬声器 MT-UROBOT 机器人也可以通过扬声器发出一定频率的声音，也可以通过编程让机器人演奏歌曲。LCD MT-UROBOT 机器人上的 LCD为 128×64，可以显示中文以及各种字符。利用 LCD可以单步显示程序运行的中间结果。主动轮及其驱动机构 MT-UROBOT 机器人的主动轮有两只，金属铝芯，橡胶外胎，能够完成向前直走，向后转弯，左转，右转，这些平地上的技术动作；驱动机构由直流电机和减速比约为 30 ： 1 的齿轮箱构成，齿轮减速箱将直流电机输出的扭矩和转速转化为 MT-UROBOT可以需要的扭矩和转速。动力强劲，效率高，噪音小。从动轮 MT-UROBOT 机器人有 1只从动轮，和两只主动轮形成三角支撑着机器人的身体。从动轮随着主动轮的方向改变自己的方向。众所周知，三点支撑结构是最稳定的结构，从动轮和两个主动轮形成了一个稳定的支撑结构。直流电机 在 MT-UROBOT 机器人上有两个高速直流电机。返回

§2.2 §2.2 双击桌面上的流程图图标，进入流程图程序编程界面（如图 2-1 ）可以看到流程图的图形化编程界面是由这样几个部分组成：菜单栏、工具栏、模块库（包括执行器、传感器、控制、程序模块库）、垃圾箱、流程图生成区、 C语言代码显示区。通过点击图形化编程界面工具栏中“切换”按钮就可以切换到 C语言代码编程界面（如图 2-2 ）

图 2-1 图形化编程界面

图 2-2 C语言代码编程界面

可以看到流程图的 C语言代码编程界面是由这样几个部分组成：菜单栏、工具栏、编辑窗口、 C语言信息窗口。通过点击C语言代码编程界面工具栏中的“切换”按钮就可以切换到图形化编程界面。 返回

§2.3§2.3编程过程编程过程 新建程序： 采用模块搭建流程图的形式进行编程。要编写流程图程序，可以在点击桌面上流程图图标之后出现的初始界面中选择新建，这样就进入了一个图形化编辑界面。如果编辑过之后，还想再新建一个程序，那么可以选择菜单栏中“文件”—“新建”，也可以利用工具栏里的“新建”快捷按钮，直接新建一个新程序，见图 2-3：

图 2-3 新建程序菜单、图标

打开程序：可以选菜单上“文件”—“打开”（或点击工具栏中的“打开“按钮），来查看或编辑以前保存的程序。下载程序：写好的应用程序必须下载到 MT-UROBOT 上运行。可以选择菜单栏中“工具”—“下载当前程序”来下载当前窗口里的应用程序（或点击工具栏中的“下载“按钮）。如图 2-4：

图 2-4 编辑并下载当前程序菜单下面再看看 C语言代码编程界面： 新建程序：在流程图的 C语言代码编程界面中我们采用 C语言进行编程。同样的方法，可以在点击桌面上流程图图标之后出现的初始界面中选择新建“ C语言程序，这样就进入了一个 C语言代码编辑界面。如果你还想再新建一个新的程序，那么可以选择菜单栏中“文件”—“新建”，然后在新建的窗口里编写程序。见图 2-3： 打开程序：可以选菜单上“文件”— “打开”，来查看或编辑以前保存的程序。 下载程序：写好的应用程序必须下载到大学版机器人智能机器人上运行。可以选择工具栏里按钮下载当前窗口里的应用程序。流程图会在 C语言信息窗口中显示应用程序的编译下载过程。下载过程中，你可以看到控制板前面的黄灯在闪动，表示数据在传送。

调试程序： 所编写的 C语言程序如果有语法错误，那么在编译下载时就会在 C语言信息窗口中显示程序的语法错误，提示错误可能在程序的第几行（用括号注明），并提示可能的错误原因。这样你可以使用编译中的 “转到”，就会出现跳转对话框，将出错的行数写入此对话框，光标就会自动跳转到该错误行，那么你就可以找出错误，并修改它，再次编译下载，直到没有编译错误下载成功为止。可以加快调试过程。 在实际应用中两种编程界面切换是经常用到的，现将编程界面切换方法总结如下： 图形化编程界面切换到 C语言代码编程界面的途径： 点击工具栏中“切换”快捷按钮 新建 \ 打开文件时选择“ *.C语言”文件 C语言代码编程界面切换到图形化编程界面的途径： 点击工具栏中“切换”快捷按钮 新建 \ 打开文件时选择“ *.flw”文件 返回

§2.4§2.4流程图程序：流程图程序：1 、走直线 双击mtu文件夹中的可执行文件 Robot.exe图标，进入了机器人编程界面如图 3-1 所示。它支持流程图语言、汇编 ASM 和 C语言程序。

图 3-1 新建或打开文件

用流程图语言实现机器人直线行走 在图3-1中选择流程图语言，点击确定按钮，进入图3-2 界面

图 3-2 初始界面

流程图模块包括五个部分：执行模块、数字信号输入、数字信号输出、模拟信号输入、控制逻辑。执行模块可实现直行、转弯、停止、显示、等待、清屏、音乐、手臂控制等功能。直行函数为move(int SPEEDL,int SPEEDR,int EXSPEED); 参数分别为左轮速、右轮速、扩展电机的速度，速度范围在 -2000～ 2000 内。 将鼠标移到执行模块中的直行图标处，按住鼠标左键将直行图标拖到 START下面，当START下面的黑色小正方形变成红色时松开鼠标，点击鼠标右键属性再点击左键可以修改直行的属性值，这时在右边的 Code 区可以看到直行相对应的 c代码。接着将等待图标按相同方法拖到直行的下面，点击鼠标右键确定机器人运动多长时间停止的延迟时间（单位为毫秒）。最后将停止图标拖到等待的下面。界面如图 3-3所示。

图 3-3 直线行走

点击编译按钮 将机器人与计算机连接起来（用串口连接线，一端接计算机的九针串口，一端接机器人后面控制面板上的下载口）。 将机器人的“开关”按钮打开，使机器人处于开机的状态。 机器人液晶屏上出现运行或下载时，通过机器人左面的按钮

调到下载，按下 0k按钮，接着按下黄色下载按钮，此时屏幕上会显示下载等待。。。

按流程图界面中的按钮，待看到“下载成功！”字样时，取下串口连接线，将机器人放在平稳的地方，按复位按钮，选择液晶屏上运行 -ok，按机器人上的绿色“运行”按钮，此时机器人就以左右轮都为 200 的速度运动 3秒钟之后停止。

用 C语言实现直线行走 在图 3-1中选择ASM/C语言，点击 Ok按钮，在出现的界面上编写C语言程序，如图 3-4所示。

图 3-4 C语言界面

main是主函数，每一个 C语言程序总是从main函数开始执行的；main函数的开始和结尾分别有个“｛”和“｝” viod可以理解为“不带返回值”；所以第一句就可以理解为一个程序的“开头”。 move(200,200,0) 函数参数分别为机器人的左轮速、右轮速、扩展电机的速度。 sleep(3000) 表示延迟 3秒钟。 stop() 表示停止显示。 程序中每一句结尾都要加“；”这是 C语句结束的标志。如果你把上面这段程序下载到机器人中去，机器人就会如 3-1中的效果一样。每个流程图的图形模块都代表一组 C语言代码。

机器人走出规则轨迹1 、走圆

#include <stdio.h>#include “ingenious.h”void main(){move(200,150,0);}

机器人走出规则轨迹2 、先让机器人以速度 200 前进 3秒，再让机器人以速度 -200后退 5秒，再在原地以速度 200旋转 1秒后停止。

图 3-5流程图

2 、走正方形 先以 200速度走 3秒钟，停止，以速度 200右转 0.85秒钟，停止，以速度 200 走 3秒钟，停止，接下来与前相同，代码如下：

图 3-6 流程图 返回

§3.1§3.1 程序设计举例程序设计举例 --拔河比赛拔河比赛任务分析： 编制程序，熟练编程的过程和程序的调试。活动准备： 活动准备有两个目的，一是明确活动内容和要求，二是准备好活动器材和场地。 活动内容是运用图形化交互式 C语言给大学版机器人智能机器人设计程序，控制机器人向后拉，比赛谁的机器人胜利。需要准备的活动器材如下： 大学版机器人智能机器人两台； 装有流程图的 PC机一台； 面积为 2平方米的比赛场地； 粉笔、抹布和绳子。方案设计：胜方机器人采用曲线后退的方法，败方机器人采用直接向后拉的方法。根据做功的原理，同样的力，位移大的做功多些，所以，在同样条件下，采用曲线后退的机器人就会胜利

§3.1§3.1 程序设计举例程序设计举例 --拔河比赛拔河比赛编制程序：#include <stdio.h>#include "ingenious.h"void main(){ while(1) { move(-50, -500, 0); sleep(200); move(-500, -50, 0); sleep(200); }} VictoVicto

rr

§3.1§3.1 程序设计举例程序设计举例 --拔河比赛拔河比赛编制程序：#include <stdio.h>#include "ingenious.h"void main(){ while(1) { move(-300, -300, 0); }}程序调试： 调整双方后退的速度和方向，看怎么样才能使机器人更快的胜利。看哪一组的同学比赛胜利的时间最短 FallFall 返回

§4.1§4.1 独立设计项目独立设计项目 -- 机器人灭火比赛机器人灭火比赛灭火竞赛（红外传感器、碰撞传感器、测障传感器）任务：以小组的形式展开比赛，第一堂课进行程序的编辑，第二堂课对程序进行编辑和测试。看谁先找到火源，然后将它灭掉。活动准备 活动准备有两个目的，一是明确活动内容和要求，二是准备好活动器材和场地。 活动内容是运用图形化交互式 C语言给大学版机器人智能机器人设计程序，控制机器人找到火源，比赛谁的机器人先找到火源，并且熄灭蜡烛。需要准备的活动器材如下： 大学版机器人智能机器人一台； 装有流程图的 PC机一台； 面积为 2平方米的比赛场地； 测障传感器每组两个，风扇每组一个。 粉笔及抹布。

§4.1§4.1 独立设计项目独立设计项目 -- 机器人灭火比赛机器人灭火比赛硬件资料：红外传感器 MT-UROBOT 机器人的红外传感器共包含两种器件：红外发射管和红外接收管，看图2-1 或者图 2-5就可以发现红外接收管可以安装于 MT-UROBOT 机器人的正前方，两只红外发射管安装于红外接收管的两侧；同时红外发射管也可以安装于 MT-UROBOT 机器人的正前方，两只红外接受管安装于红外发射管两侧。而且他们也可以安装到灭火风扇支架上面，因而可以说 MT-UROBOT 机器人提供给了用户更多的发挥自主创新的空间。红外发射管可以发出红外线，红外线在遇到障碍后被反射回来，红外接收管接收到被反射回来的红外线以后，通过 A/D转换送入 CPU进行处理。 MT-UROBOT 机器人的红外传感器能够看到前方 10cm80cm ， 90°范围内的比 210mmx150mm面积大的障碍物，如果障碍物太小太细、或者在它的可视范围以外，它可就没法看到了。 在 MT-UROBOT 机器人的可视范围内，它的可视距离是可以调整的，具体参见后面传感器部分。方案设计：此项目的目的：在让机器人跑最短的路程下，尽快发现火源。设计思路举例：让机器人沿着墙角走，每次都向左转。就基本上能浏览所有房间，但是，这样的速度是很慢的，更好的思路还请同学们多多发挥想象。程序设计程序调试 返回

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