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(共18張PPT)
第二節
仿真實驗與機器人仿真系統
Simulation experiments and robot simulation systems
第二章 解決問題的方法與機器人仿真系統
1、掌握機器人仿真軟件的界面組成及模塊庫的分類。
2、理解仿真實驗的應用。
學習目標
右圖是物理仿真實驗“學習家庭電路組成”完成后的界面。在仿真軟件中，只需要按照順序和規則，將用電器連接到電路中，形成閉合電路，即可完成實驗。
導學誘思
在學習和生活中，我們經常遇到“模擬”和“仿真”這樣的詞匯。比如，消防疏散模擬演練、舞臺表演前的彩排演練、學校進行的模擬測驗等，都是對真實場景的模擬化演練。
仿真實驗
智能試衣間、仿真游戲、汽車駕駛仿真系統、仿真實驗室、模擬飛行系統等都是計算機仿真系統在生活中的應用。
廣泛應用的仿真系統
1、小組討論，說說你見到過哪些仿真應用？
2、你體驗過VR嗎？搜索VR、AR、MR的含義，嘗試理解它們，并與同學們進行討論。
思考與探索
VR
AR
MR
（一）仿真和仿真實驗
通俗地說，仿真就是通過技術手段（通常為計算機仿真）來模擬現實的技術。仿真主要包括仿真硬件和仿真軟件。仿真硬件中最主要的是計算機。除計算機外，仿真硬件還包括一些專用的物理仿真器，如運動仿真器、目標仿真器、負載仿真器、環境仿真器等。仿真軟件包括為仿真服務的仿真程序、仿真程序包、仿真語言和以數據庫為核心的仿真軟件系統。
廣泛應用的仿真系統
建立仿真模型和進行仿真實驗是仿真過程的兩個主要步驟。仿真實驗主要是通過圖形化界面聯系理論條件與實驗過程，以達到模擬現實的目的。下圖是模擬空間飛行器對接的仿真系統。
廣泛應用的仿真系統
（二）仿真與仿真實驗的應用
對于造價昂貴、危險性大或實現方式有局限性的系統，仿真是一種特別有效的研究手段。最初，仿真技術主要應用于航空、航天、電力、化工，以及其他工業過程控制等工程技術領域。后來，它被日益廣泛地應用于社會、經濟、生態、管理等系統，如交通控制、城市規劃、資源利用、環境污染防治、生產管理、市場預測、世界經濟分析和預測、人口控制等。對于社會、經濟等系統，很難在真實的系統上進行實驗。因此，利用仿真技術研究這些系統就具有更為重要的意義。
廣泛應用的仿真系統
近年來，仿真實驗在教育上的應用愈發深入而廣泛，出現了很多仿真實驗項目，開發了一些仿真實驗室軟件，為各階段的師生提供良好的仿真實驗平臺。下圖為生物仿真實驗—觀察洋蔥根尖細胞分裂。
廣泛應用的仿真系統
if 前方有障礙物 then
機器人右轉
else if 前方有障礙物 then
機器人右轉
else
機器人直行
end if
機器人直行
end if
（三）仿真實驗的優勢和不足
1、仿真實驗的優勢。
隨著虛擬現實技術的快速發展，“虛擬現實、智慧教育”加快了教育信息化的步伐。仿真實驗由于具有再現和模擬真實情景的功能，其應用領域愈來愈廣泛，因此具備了真實實驗所沒有的一些優勢。
仿真實驗可以把因儀器短缺、藥品有毒、操作危險等因素而受限制的實驗進行模擬再現，有利于節約時間、空間、資金，改善實驗條件和教學方法，提高學習者的實踐能力。
廣泛應用的仿真系統
優
if 前方有障礙物 then
機器人右轉
else if 前方有障礙物 then
機器人右轉
else
機器人直行
end if
機器人直行
end if
（三）仿真實驗的優勢和不足
1、仿真實驗的優勢。
仿真實驗利用計算機技術開發的富有真實感的實驗，直接用計算機模擬操作，使操作者自主操作更易實現。
仿真實驗借助多媒體技術、虛擬仿真技術、傳感技術等構建了高度虛擬的仿真環境，使操作者“身臨其境”，能實現互動實驗教學，最大程度地刺激學習者的感官，無器材損耗，與實驗室“零距離”。除此之外，它還具有成本低、安全性高、實驗成功率大等多種優勢。
廣泛應用的仿真系統
優
if 前方有障礙物 then
機器人右轉
else if 前方有障礙物 then
機器人右轉
else
機器人直行
end if
機器人直行
end if
（三）仿真實驗的優勢和不足
2、仿真實驗的不足
用戶在仿真實驗和真實實驗中的體驗有所不同，仿真實驗不能完全取代真實實驗教學，無法全方位仿真。比如，在不具備特殊硬件支持的情況下，很難模擬氣味；再比如，用戶難以通過仿真實驗感受物體重量、把握物體的手感等信息。
在實際應用中，我們需要運用恰當的方法將仿真實驗與真實實驗有機結合起來，從而使實驗教學效果最優化。
廣泛應用的仿真系統
缺
機器人仿真系統是指通過計算機對實際的機器人系統進行模擬的系統。
一是機器人本身的設計和研究。二是以機器人為主體的自動化生產線。
三是用于機器人的教學和培訓。
機器人仿真系統
實踐活動1
打開VJC1.5仿真版軟件（如圖），認真觀察軟件界面，結合以前所學知識，完成課本26頁的表2-2-1。
實踐活動1
打開VJC1.5仿真版軟件（如圖），認真觀察軟件界面，結合以前所學知識，完成課本26頁的表2-2-1。
菜單欄
標題欄
工具欄
模塊庫區
垃圾箱
流程圖生成區
仿真按鈕
jc代碼
實踐活動1
觀察VJC1.5仿真版軟件中的各個模塊庫，找到圖標所示模塊，明確其名稱并填在下圖對應空白處。
練習提升
嘗試將“直行”“轉向”模塊分別拖至流程圖生成區，并連接到主程序流程線上。單擊“仿真”按鈕，進入仿真環境，探究如何讓機器人在仿真環境中動起來的同時顯示運動軌跡。
謝謝您的觀賞
仿真實驗與機器人仿真系統
第二章 解決問題的方法與機器人仿真系統
Simulation experiments and robot simulation systems

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