智能收作业机

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　　为了解决收作业耗时费力的问题，利用乐高EV3主控、传感器、电机以及FTC部件等材料，制作智能收作业机，实现了收集、分类和统计各科作业的功能。
　　设计背景
　　对于每位学生来讲，早晨上学第一件事情就是交作业，其中最累的就是科代表。每天早晨，科代表都会早早地来到学校，收集、整理作业，统计谁交了作业谁没有交。甚罕有时候，课问也要收作业。这种收作业的方式比较耗时费力，每个同学到校时问并不同定，科代表收作业时问也会因为最晚到校的同学而不能按时上交给老师，同时统计工作也经常会山现差错。
　　我们常常希望有一台机器，能够自动收集作业，科学统计作业上交情况，减轻科代表的工作量和烦恼。经过与同学们、老师们充分讨论与研究，我们决定设计并制作一台智能收作业机。希望学生到校将自己的作业放到机器上时，机器可以自动识别学/和科曰，并根据科曰进行筛选，将同科曰作业收集在一起。
　　设计思路
　　要实现智能收作业的目标，首先需要机器正确识别学生和科目。我们考虑到每位学生都有学号，所以利用学号就可以正确识别学生的作业了。
　　经过我们的讨论和验证，决定以颜色传感器识别色块的方式来实现学号和科目的识别。我们熟悉的乐高组块中有常见的七种颜色：红、黄、蓝、白、黑、绿、棕。识别学号我们选择两组色块来实现，如果七种颜色都用上，就有7×7-49种学号，但是在我们试验之后发现因为颜色传感器的识别度问题，绿色和蓝色容易混淆，而我们常用的作业本是棕色的，使用棕色容易造成误判。最终我们确定了用五种颜色块两两组合的方式来识别5×5=25个学号进行试验。识别科目只需要一个色块即可，我们选择了黑色和白色分别代表语文和数学两个科目。为此，我们需要制作50个检测用作业本。
　　在小学阶段，语文和数学是我们最主要的两科作业。我们经过观察和验证，发现简单的翻板装置就可以实现两科作业的分类功能，而且占地面积小，通过电机带动轴转动就可以实现翻板左翻和右翻的功能。
　　在确立了设想的可行性后，我们马上动手干了起来。通过多次试验，在发现问题后，讨论，改进，再发现问题……终于制作成功了，智能收作业机。
　　设计过程
　　这种智能收作业机的功能区主要由三部分组成：一是检测系统，由翻板、3个颜色传感器和主控组成。翻板用于搁置作业本，既坚同又实用。颜色传感器用于扫描作业本上的颜色条码，一个颜色传感器用来识别学科，两个用来识别学号，分辨出这个作业本是谁交的（每个学生对应一个颜色条码，2个光电传感器最多司以识别49组条码）。二是分类系统，由2个EV3电机、轴和翻板组成，当颜色传感器正确识别科目色块后，通过电机带动轴转动，使翻板实现向左和向右翻转将语文和数学两科作业分类。三是收纳系统，是由两个收纳筐构成。通过翻板分类的作业本自动滑落到下方收纳筐内。
　　1.动作原理
　　同学将作业本按正确方向（有箭头标记）平放在检测区上方平板上，机器识别学科和学号，电机启动，带动轴转动，使翻板向左或向右翻转将不同科目作业送入到不同的作业收纳筐中。同时主控将统计结果显示在屏幕上，上交作业的学号变成黑底，未交作业的学号没有变化，统计结果一目了然。
　　2.问题及解决方案
　　关于翻板的设计。最初的翻板就是直接用乐高部件拼出和作业本大小相同的平板。但在第一次试验过程中发现：因为材料和拼接较多等原因使翻板阻力较大，作业本在分类后不易滑动掉落到收纳筐中。我们需要让翻板更平滑，使作业本更易下落，所以在翻板上增加了一层塑料硬板。最初设计的翻板是长轴转动实现左右翻转，但在试验后发现作业本在滑落后会散开，不利于后续作业本的整理收集。将翻板设计成短轴转动，有效地解决了整理收集问题。
　　关于程序的改进。识别检测系统选择了颜色传感器，根据我们的设计意图，在开始编写程序时，我们对主控程序设计使用了“检测颜色→识别学号和科目→转轴（左or右）→翻板”→系列的动作命令。但在第一阶段进行多次试验后发现，作业本还没有放到平板上，颜色传感器就检测到了模糊颜色，马上进行识别，立刻转轴翻板。我们意识到，这是因为检测和识别时间的问题，怎么改进程序才能完善呢？后来增加了几个动作命令达到了这个目的，改进后的程序就成了“检测颜色→等待2秒→发出提示音→检测颜色→识别学号和科目→转轴（左or右）→翻板”，其中等待2秒，是我们经过多次试验验证过的合理放本时间。这个方案成功地使机器既快又准地扫描到了色块，准确地将作业进行分类。
　　结论
　　经过多次试验，并在校科技節上向同学们演示验证，本项目设计的“智能收作业机”能又快又好地实现两科作业的分类统计工作，能够实现减轻科代表收作业和统计作业的工作，高效地完成任务。
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