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机器人的“眼睛”
很多机器人为了“看见”周围的物体,需要有自己的“眼睛”,例如家庭中的扫地机器人,工作时就要能探知前方的家具、墙壁等障碍物。红外传感器就是一种机器人的“眼睛”,其工作原理如图所示,红外传感器上的红外发射器向前方发射一束红外线,碰到障碍物后向各个方向反射,其中一束红外线通过接收透镜中心,照射到红外检测器上的某一位置,该位置偏离透镜主光轴的距离称为偏移值。如果检测器到透镜的距离为f,红外发射器中心线与接收透镜主光轴之间的距离为d,当偏移值为l时,根据三角形的相似关系,可计算出红外传感器到障碍物的距离 $ D= \dfrac{f(l+d)}{l} $
(1)红外线属于
(2)红外线碰到障碍物时发生
(3)一个红外传感器的检测器到透镜的距离为10cm,红外发射器中心线与接收透镜光轴之间的距离为20cm,当偏移值为2cm时,红外传感器到障碍物的距离为
(4)若偏移值更大一些,则红外传感器到障碍物的距离更
(5)某型号扫地机器人呈圆盘形,圆盘的直径是30cm,工作时的行走速度约为3m/min,要清扫一个长4.5m、宽3.3m的空房间,它沿3.3m的宽边从一侧走到另一侧需要
机器人的“眼睛”
很多机器人为了“看见”周围的物体,需要有自己的“眼睛”,例如家庭中的扫地机器人,工作时就要能探知前方的家具、墙壁等障碍物。红外传感器就是一种机器人的“眼睛”,其工作原理如图所示,红外传感器上的红外发射器向前方发射一束红外线,碰到障碍物后向各个方向反射,其中一束红外线通过接收透镜中心,照射到红外检测器上的某一位置,该位置偏离透镜主光轴的距离称为偏移值。如果检测器到透镜的距离为f,红外发射器中心线与接收透镜主光轴之间的距离为d,当偏移值为l时,根据三角形的相似关系,可计算出红外传感器到障碍物的距离 $ D= \dfrac{f(l+d)}{l} $
(1)红外线属于
不可见
(选填“可见”或“不可见”)光。(2)红外线碰到障碍物时发生
漫
反射。(3)一个红外传感器的检测器到透镜的距离为10cm,红外发射器中心线与接收透镜光轴之间的距离为20cm,当偏移值为2cm时,红外传感器到障碍物的距离为
110
cm。(4)若偏移值更大一些,则红外传感器到障碍物的距离更
小
。(5)某型号扫地机器人呈圆盘形,圆盘的直径是30cm,工作时的行走速度约为3m/min,要清扫一个长4.5m、宽3.3m的空房间,它沿3.3m的宽边从一侧走到另一侧需要
1
min,要将整个空房间清扫一遍至少需要16.4
min。答案
(1)不可见
(2)漫
(3)110
(4)小
(5)1 16.4
(2)漫
(3)110
(4)小
(5)1 16.4
【解析】
(1)人眼看不到红外线，红外线属于不可见光。
(2)红外发射器向前方发射一束红外线，碰到障碍物后向各个方向反射，所以发生的是漫反射。
(3)一个红外传感器的检测到透镜的距离为$10cm$，红外发射器中心线与接收透镜主光轴之间的距离为$20cm$，当偏移量为$2cm$时，此时红外传感器到障碍物的距离$D=\frac{f(l + d)}{l}=\frac{10cm×(2cm + 20cm)}{2cm}=110cm$。
(4)如果偏移量更大一些，根据$D=\frac{f(l + d)}{l}=\frac{fl + fd}{l}=f+\frac{fd}{l}$可知，红外传感器到障碍物的距离更小。
(5)扫地机器人沿$3.3m$的宽边从一侧走到另一侧的路程$s = 3.3m - 0.3m = 3m$，沿$3.3m$的宽边从一侧走到另一侧需要的时间$t=\frac{s}{v}=\frac{3m}{3m/min}=1min$。由于空房间长$4.5m$，共沿$3.3m$的宽边行走的次数$n=\frac{4.5m}{0.3m}=15$，沿$3.3m$的宽边行走的总时间$t_{1}=15t = 15×1min = 15min$，由沿$3.3m$的宽边拐到沿$4.5m$的长边所用的时间$t_{2}=\frac{4.5m - 0.3m}{3m/min}=\frac{4.2m}{3m/min}=1.4min$，故要将整个空房间清扫一遍至少需要的时间$t'=t_{1}+t_{2}=15min + 1.4min = 16.4min$。
