双轮小车是一种常见的机器人，两个轮子都由独立的马达控制。 这种设计的小车可以使用不同的转向控制方式来控制。 leJOS NXT有很多类可以用来控制这种小车。

Pilot类

Pilot类通过调节小车马达的转速和转动方向来控制小车。 为了实现对小车的控制，Pilot类必须先知道机器人的配线图， 例如：各个马达分别连接在哪些端口；如何驱动马达来使小车前进或后退。 此外还需要知道轮子的直径，以及轨迹的宽度（也就是两个轮子之间的距离） Pilot类通过轮子的直径来计算小车走过的距离，通过距离的比例来计算小车转过的角度。 显然，所有的参数必须使用相同的长度单位，但是具体用什么长度单位都是可以的（例如厘米，寸等，都可以） 如果设置参数准确的话，小车行驶的距离和旋转的角度，计算误差可以控制在2%以内甚至更小。 这些参数是通过Pilot类的构造器来设置的。

构造器:

• Pilot(float wheelDiameter, float trackWidth, Motor leftMotor, Motor rightMotor)

  参数分别为：wheelDiameter 轮子直径；trackWidth 轨迹宽度; leftMotor 左轮的马达；rightMotor 右轮的马达。另外一个构造器函数是：

• Pilot(float wheelDiameter, float trackWidth, Motor leftMotor, Motor rightMotor, boolean reverse)

  如果你是从反向控制小车的话，可以把reverse 参数设置为true。

沿直线的运动

要控制小车沿直线运动，可以使用下列函数:

• void setSpeed(int speed) - 设置马达的转速，单位是：度/秒

• void forward() - 启动小车，向前行驶

• void backward() - 反向行驶

• void stop() - 停止

要控制小车前进或后退的距离，可以使用下列函数:

• void travel(float distance)

• void travel(float distance, boolean immediateReturn)

  distance 必须使用和直径相同的长度单位; 负数的distance值表示向后运动。 你可以使用下面这个函数来获取某个时刻小车已经运动的距离

• int getTravelDistance(); - 这个函数将返回在最后一次调用resetTachoCount();之后，小车行驶过的距离

例子:

import lejos.nxt.*;
import lejos.navigation.Pilot;

/**
 * 一个在行驶途中遇到障碍物，会自动停止的机器人示例
 */
public class TravelTest {
  Pilot pilot;
  TouchSensor bump = new TouchSensor(SensorPort.S1);

  public void go() {
    pilot.travel(20, true);
    while (pilot.isMoving()) {
      if (bump.isPressed()) pilot.stop();
    }
    System.out.println(" "+pilot.getTravelDistance());
    Button.ewaitForPress();
  }

  public static void main(String[] args) {
    TravelTest traveler = new TravelTest();
    traveler.pilot = new Pilot(2.25f, 5.5f, Motor.A, Motor,C);
    traveler.go();
  }
}
			

你可以通过下面的方法，使机器人在原地旋转指定的角度：

• void rotate(int degrees)

  必须指定精确的轮子直径和轮间距，才能获得精确的转向角度。

编程练习：正方形行程

使用Pilot类的travel和rotate函数编写一段代码，让小车运动轨迹呈现一个正方形。

答案看这里

编程练习：正方形行程2

编写一段代码，让小车的轨迹形成两个正方形的形状，然后沿原路返回。修改上一个程序中的traceSquare方法，让它可以沿任一方向走出正方形轨迹，然后在这个程序中使用它。这是一个非常严格的测试，可以知道你在pilot类中指定的“直径”和“轮间距”常量是否准确。

答案看这里

沿曲线路径运动

pilot类可以让机器人原地转身，方法是让一个轮子正转，同时另一个轮子反转。这个功能使用的方法是：

• void rotate(int angle)

• void rotate(int angle, boolean immediateReturn )

  如果angle 参数是正的，机器人会转向左边。immediateReturn 参数的作用和在 Motor类的方法中是一样的–允许调用这个方法的线程在机器人旋转的同时进行其他的工作。

Pilot类也可以控制机器人沿一条弧线运动，使用的方法如下:

• void steer(int turnRate) – 沿一个圆弧线运动，直到另一个函数把它停止下来

• void steer(int turnRate, int angle)

• void steer(int turnRate, int angle, boolean immediateReturn)

其中的turnRate参数决定了曲线路径的半径。这个参数为正时，表示圆弧转向的方向是机器人的左边（也就是说，左侧的轮子运动在内侧）。相应的，这个参数为负数时，圆弧会偏向机器人的右边。这个参数的绝对值必须在0到200之间，这个值取决于内、外两侧轮子的速度比。其中外侧轮子的转速就是机器人设定的转速，内侧轮子的转速更低，这样就可以使机器人转弯了。如果turnRate参数是0，那么内外侧轮子的速度比是1：1，机器人会向前直行。如果参数是200，那么速度比值是1：-1，机器人会原地旋转。如果参数是100，那么速度比值是0，内侧的轮子会静止不动（外侧的轮子绕着它旋转）。所以使用的公式应该是：speedRatio=1-abs(turnRate)/100。

其中的angle参数，表示旋转多少角度之后才停止，如果这个参数是负值，那么机器人会沿着上面说的路径的反方向旋转。

• getAngle() - 返回在最后一次调用resetTachoCount()之后，小车总共旋转过的角度值

编程练习：方向控制测试

编写一个程序，使用按钮来输入路径的角度（turn rate）参数和角度（angle）参数。然后调用steer()函数观察小车的运动轨迹。这个程序可以循环运行，这样你就可以尝试各种不同的参数来控制轨迹。

答案看这里

Pilot类的其他方法

• void resetTachocount()

  重置两个马达的参数。这个函数不会被任何其他方法调用，所以如果你想使用getTravelDistance()和getAngle()这两个方法的话，必须自己调用这个函数。

• void regulateSpeed(Boolean yes)

  如果你想使用自己的方向传感器，加上steer方法来控制小车的运动，你需要用这个方法把速度自动校正功能取消。

• boolean isMoving()

  只要有任意一个轮子在运动，这个函数就会返回True。当你使用了immediateReturn参数，并且希望知道当前运动任务是否完成的时候，这个方法就非常游泳了。

• boolean stalled()

  如果两个轮子的速度都是0，这个方法会返回True。请注意，速度是通过每100毫秒采样一次获得的，所以在这个函数在小车开始运动的前100毫秒，会返回True。

如果你非要单独控制左右两个轮子，你可以使用下面的方法：

• Motor getLeft()

• Motor getRight()

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罗盘导航

CompassPilot类（罗盘导航类）是Pilot类的一个扩展。它和Pilot类提供了一样的方法和功能，但是它支持的是第三方公司生产的电子罗盘传感器（compass sensor）。通过调用这个类的方法，才能保证机器人的运动不会偏离正确的方向。

这种模式下，需要HiTechnic或Mindsensors公司生产的电子罗盘传感器（接在NXT的一个传感器接口上）。这个类的构造器和Pilot类几乎一样，只是多了一个接入端口的参数信息。

C构造器:

• CompassPilot(SensorPort compassPort, float wheelDiameter,float trackWidth,Motor leftMotor, Motor rightMotor)

• CompassPilot(SensorPort compassPort, float wheelDiameter,float trackWidth,Motor leftMotor, Motor rightMotor, boolean reverse)

CompassPilot类中，新增的功能:

• void calibrate()

  校正电子罗盘传感器，让机器人原地缓慢旋转360度。

• setHeading(int angle)

  设置机器人期望的运动方向，以笛卡尔坐标系的角度方向表示（角度增加时，小车向左偏移）

• int getHeading()

  返回期望的运动方向角度值

• int getAngle()

  返回当前传感器的角度值，也就是小车真正转过的角度

代码练习：CompassPilot类的新功能:

编写一段代码，按一下步骤完成运动:

1. 校正电子罗盘传感器

2. 旋转机器人90度

3. 重置角度基准方向为0，也就是以当前方向为基准

4. 向前移动一段固定的距离

5. 再向左旋转90度

6. 按原路返回

7. 在每个步骤结束时，显示电子罗盘旋转的角度，和轮子移动过的距离。

建议：在机器人移动的时候，用手轻轻推动它，看看是否能转回正确的方向。

答案看这里

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转速器导航

在控制两轮小车类中，有三个抽象的层。这种结构可以使你很容易的得到你需要的层，而不被其他低层次的层干扰。

转速器导航执行导航接口，这些接口定义了基本导航工作的方法。导航保持追踪机器人的坐标(x,y)和它前进的角度（机器人所面对的方向）。它使用了直角坐标系，和度数的角度。0度时指x轴，90度时y轴的正向。因为转速器导航需要一个导引来控制小车，它完成了你需要使用的通用的导引运动命令。

构造器:

• TachoNavigator(Pilot aPilot)

  要使用这个构造器，你必须构造一个导引，并且将它作为参数

此外，你也可以使用一个构造器，从你提供的信息中创建导引。参数列表与导引构造器里的相同。

• TachoNavigator(float wheelDiameter,,float trackWidth, Motor leftMotor, Motor rightMotor)

• TachoNavigator(float wheelDiameter,,float trackWidth, Motor leftMotor Motor rightMotor,boolean reverse)

基础的导航方法

设置和得到机器人坐标和分向量的方法：

• void setPosition(float x, float y, float directionAngle)

• float getX()

• float getY()

• float getAngle()

得到角度和到某点坐标为（x,y)的距离的方法

• float angleTo(float x, float y)

• float distanceTo(float x, float y)

更新机器人位置坐标（x,y,角度）

• void updatePosition()

  更新机器人坐标(x,y)和方向夹角。停止被调用，直到机器人停下来前，运动的命令都不会退出。如果你使用了一个立即返回值的运动命令，那么你必须在运动完成时调用这个方法。它也许会在运动还在进行中就被调用，所以你可以调用方法得到机器人位置的分向量。

在一个平面上控制机器人的运动

对于Pilot类，导航运动的控制方法有两个版本。一个版本只有当运动完成，并且机器人的位置被更新后才返回值。另一个版本可以选择在运动开始就立即返回值。当你使用这个选项时，你必须确定在机器人再次开始运动前，它的位置背更新过。

这个方法会在返回前自动调用updatePosition()

• void stop()

• void travel(float distance)

• void rotate(float angle)

• void rotateTo(float angle)

• goTo(float x, float y)

• 这个方法让机器人在某圆弧上运动.(它调用了pilot.steer()). 如果半径是负值，旋转的中心就在机器人的右边。如果角度是负值，机器人就向后走。

这个方法要求你当运动结束包括需要immediateReturn 设置为True时，调用最新的位置。

• void travel(float distance, boolean immediateReturn)

• void rotate(float angle, boolean immediateReturn)

• void rotateTo(float angle, boolean immediateReturn)

• goTo(float x, float y , boolean immediateReturn)

• turn(float radius, float angle, boolean immediateReturn)

• forward()

• backward()

• rotateLeft()

• rotateRight()

编程练习：测试转速器导航

写一个程序完成如下步骤：

1. 将速度设置为500，初始航线为90度（即指向y轴）

2. 运动到点（-10，0）

3. 运动到点（10，20）

   在运动过程中，在新一行中，每半秒显示一次x，y坐标。

答案看这里

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罗盘导航

罗盘导航是转速控制导航的一个子类，它能执行所有的转速控制导航方法。

构造器:

• CompassNavigator(CompassPilot aPilot)

  要使用这个构造器，你必须建立一个导引，让它作为一个参数。

也可以使用一个能从你给的信息中创建导引的构造器。参数列表与罗盘引导构造器中的一样。

• CompassNavigator(SensorPort compassPort ,float wheelDiameter, float trackWidth, Motor leftMotor, Motor rightMotor)

• CompassNavigator(SensorPort compassPort ,float wheelDiameter, float trackWidth, Motor leftMotor, Motor rightMotor, boolean reverse)

其他方法

• void calibrate()

  这个方法仅仅是在罗盘导引上调用相同的方法。

• void updateHeading()

  读取罗盘，更新机器人的方向

编程练习： 测试罗盘导航

对罗盘导航写一个程序，使它能够实现与转速器导航相同的步骤