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机器人简易循迹方式

作者：

来源：《发明与创新

·

中学生》

2017

年第

10

期

循迹机器人是一种能按事先预定的路线自主行进的机器人，能实现路径检测、信息反馈和

自动行驶，它在工业、民用和科学研究等方面已获得了广泛的应用。

常见的机器人循迹方式有摄像头循迹、红外循迹和感应式循迹等，这些循迹方式往往采用

图像处理、红外检测和无线射频等技术，大多超出了中学生的知识范畴，理解和制作起来较困

难。虽然有的学生按照说明书能装配成功，却难以真正掌握其中的原理和调试技巧，不能达到

培养自身创新能力的目的。

我在科技老师的指导和帮助下，利用所学物理知识，设计并实现了一种基于磁导航的机器

人循迹方式。该方案实现起来简单、有效，在制作过程中，同学们可以有机地将理论和实际结

合，享受制作的快乐。

一、工作原理

在高中物理中，我们学习过麦克斯韦电磁场理论：变化的磁场产生电场，变化的电场产生

磁场。我的设计原理正是基于此展开的。

我在循迹机器人的期望运行路线下面铺设铜导线，并通以

20KHz

的交流电。根据麦克斯

韦电磁场理论可知，铜导线中变化的电场会在导线周围产生变化的磁场，可通过对磁场的检测

判断机器人行进路线的信息。

我在循迹机器人的底盘上安装了若干个电感线圈，根据法拉第电磁感应定律，当铜导线中

的电流按一定规律发生变化时，导线周围的磁场也随之产生变化，机器人上安装的电感线圈中

将会感应出一定的电动势。

感应电动势的大小与机器人底盘上的电感线圈到中心铜导线(期望路线)的距离

r

有关，

是一个关于距离

r

的位置函数，即

E=f

(

r

)。磁导航循迹机器人实际上是将电感线圈作为自己

的眼睛来识别路径，从而达到自主行进。

二、设计与实验

对于机器人底盘上电感线圈的安装布局，通过多种尝试，我采用图

1

所示的一字型摆放方

式，该结构简单、有效，电感线圈之间相互干扰小。因为电感线圈感应的信号较弱，所以其与

路面的垂直距离不能太高，大概为

3cm

至

5cm

。

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