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案例十一:手势识别挖掘车

案例简介

制作一个手势识别挖掘车,通过手势控制挖掘车的行驶和动作。

教学准备

名称图示
哪吒Pro AI机械动力套装

教学目标

完成手势识别挖掘车的搭建,掌握挖掘车底盘、挖掘臂(含传动部件)与手势识别传感器的组装与连接方法,实现通过手势控制挖掘车的移动、挖掘臂升降和铲斗开合。

理解挖掘车 “多动作协同” 的原理(如移动 + 挖掘臂动作),认识手势指令与挖掘动作的对应关系,学会编程协调不同部件的动作。

在调试挖掘臂活动范围、铲斗开合角度的过程中,培养动手能力、逻辑思维和空间想象能力,学会解决挖掘动作卡顿、铲斗无法铲起 “模拟土壤”(如小石子)的问题。

激发对工程机器人的兴趣,感受 “智能挖掘” 的技术魅力,建立 “科技助力工程建设” 的认知。

故事导入

整理仓库时,大家发现储备的能量水晶快用完了。“水晶藏在东边的矿山里。” 阿极调出地图,“但挖掘车‘钻地鼠’罢工了,它需要手势指挥挖掘方向。”​ 在矿山入口,孩子们看到钻地鼠的钻头卡在岩石里。“当你们向左挥手,它就向左挖;向下挥手,就会加深挖掘。” 阿极演示着,“就像指挥家指挥交响乐,每个手势都有特殊含义。”

学习探究

挖掘车的挖掘臂和铲斗分别由什么部件(如电机、舵机)控制?尝试用手势指令(如向前挥 = 挖掘臂下降、向后挥 = 挖掘臂上升、握拳 = 铲斗闭合)控制挖掘动作,如何确保动作连贯?

挖掘车在移动时同时控制挖掘臂,会出现动力不足的情况吗?如何通过编程优化(如优先保证移动动力,再控制挖掘臂)?

如果铲斗无法紧密闭合(导致 “模拟土壤” 漏出),可能是哪些原因导致的?(如铲斗部件连接松动、舵机转动角度不足)

对比真实挖掘车与模型的结构,真实挖掘车的挖掘臂如何实现 “大力量挖掘”?(提示:参考液压系统)模型的传动部件模拟了真实挖掘车的哪个功能?

搭建步骤

硬件连线

将手势识别传感器连接到哪吒Pro扩展板的IIC接口,将三个智能电机连接到哪吒Pro扩展板的M1、M2、M3接口。

代码编程

进入“makecode.microbit.org”,点击新建项目

在弹出窗口输入项目名称并点击创建

点击代码抽屉中的扩展

在弹出界面输入nezha pro并点击搜索图标,在显示nezha pro软件库后点击。同样的方式加载PlanetX软件库。

示例程序

程序链接:https://makecode.microbit.org/_ik31qLKCJW5C

你也可以通过以下网页直接下载程序。

下载程序

使用 USB 线连接 PC 和 micro:bit V2。

连接成功后,电脑上会识别出一个名为 MICROBIT 的盘符。

点击左下角的,选择Connect Device

点击

点击

在弹出窗口选择 BBC micro:bit CMSIS-DAP,然后选择连接,至此,我们的 micro:bit 就已经连接成功。

点击下载程序

案例演示

开启电源后,通过手势控制挖掘车的行驶和动作。。

扩展知识

  1. 真实挖掘车的核心部件:真实挖掘车依赖液压系统提供强大的动力,挖掘臂的升降、铲斗的开合都通过液压油缸驱动,能铲起数吨重的土壤或岩石,本案例用电机 / 舵机模拟液压系统的 “动作控制” 功能。
  2. 智能挖掘车的发展:现代挖掘车开始加入 GPS 定位、视觉识别和手势控制技术,如通过手势控制挖掘臂的精准定位,或通过 AI 算法识别挖掘对象(如区分土壤和岩石),提高挖掘效率。
  3. 挖掘车的应用场景:挖掘车是工程建设的核心设备,用于房屋建设(地基开挖)、道路修建(土方工程)、矿山开采(矿石挖掘)等领域,其机械结构和控制技术的进步直接影响工程进度。