資源簡介

(共35張PPT)
設(shè)計簡單機(jī)器人
滬科版八年級下冊
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目錄
01
05
03
02
04
06
學(xué)習(xí)目標(biāo)
新知導(dǎo)入
分析問題
設(shè)計按預(yù)設(shè)路線行進(jìn)的機(jī)器人
設(shè)計巡線機(jī)器人
機(jī)器人工程日志
07
板書設(shè)計
09
課后作業(yè)
08
課堂總結(jié)
教學(xué)目標(biāo)
信息意識
能夠意識到智能機(jī)器人和人工智能在倉儲和物流領(lǐng)域的應(yīng)用價值，理解其對于提高效率和節(jié)省人力成本的重要性。
計算思維
培養(yǎng)使用順序結(jié)構(gòu)編寫程序的能力，能夠理解并通過程序控制機(jī)器人按照指定的路線行進(jìn)。
數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新
在活動中進(jìn)行探索和創(chuàng)新，嘗試使用不同的方法和技術(shù)解決問題，培養(yǎng)創(chuàng)新意識和實(shí)踐能力。
信息社會責(zé)任
認(rèn)識到在使用智能機(jī)器人和人工智能技術(shù)時，需要遵守相關(guān)的法律法規(guī)和道德規(guī)范。
新知導(dǎo)入
2021年，我國的快遞業(yè)務(wù)量超過1083億件，單靠人力來分揀、搬運(yùn)快件已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需求。人工智能和機(jī)器人的發(fā)展給倉儲和物流帶來了新的契機(jī)，快件的搬運(yùn)、分揀等都可以由智能機(jī)器人自動完成。倉儲機(jī)器人的高效率，可以為物流公司節(jié)省很多人力成本。在本活動中，將設(shè)計并搭建一個簡單的倉儲機(jī)器人，使其能夠精準(zhǔn)地沿著固定路線行進(jìn)，以便實(shí)施搬運(yùn)工作。
新知講解
一、分析問題
要完成搬運(yùn)工作，機(jī)器人必須能精準(zhǔn)地沿著固定的路線行進(jìn)。可以有兩種實(shí)現(xiàn)方式：①通過程序預(yù)先設(shè)定好路線；②用畫線或點(diǎn)的方式在路面上標(biāo)出引導(dǎo)線，機(jī)器人沿引導(dǎo)線行進(jìn)。為此，可以根據(jù)需要設(shè)計兩種機(jī)器人——按預(yù)設(shè)路線行進(jìn)的機(jī)器人和巡線機(jī)器人。
新知講解
二、設(shè)計按預(yù)設(shè)路線行進(jìn)的機(jī)器人
一個倉儲機(jī)器人需將貨物從起點(diǎn)運(yùn)輸至終點(diǎn)，假設(shè)其行進(jìn)路線必須是：由起點(diǎn)出發(fā)，前行50cm后，右轉(zhuǎn)90°,再前進(jìn)100cm,然后左轉(zhuǎn)45°,直行100cm到達(dá)終點(diǎn)。
新知講解
1.設(shè)計構(gòu)思
根據(jù)任務(wù)，該倉儲機(jī)器人需要滿足如表所示的要求。
二、設(shè)計按預(yù)設(shè)路線行進(jìn)的機(jī)器人
對機(jī)器人結(jié)構(gòu)的要求 需要考慮的事項(xiàng)
能行進(jìn) 需要驅(qū)動系統(tǒng)
能運(yùn)輸貨物 有能裝載貨物的結(jié)構(gòu)或裝置
新知講解
2.搭建結(jié)構(gòu)
可以在活動二完成的行進(jìn)機(jī)器人的基礎(chǔ)上做一些改裝，增加運(yùn)輸貨物的結(jié)構(gòu)或裝置。例如，可以先制作運(yùn)輸裝置，再將其固定在車身上。
二、設(shè)計按預(yù)設(shè)路線行進(jìn)的機(jī)器人
新知講解
3.編寫程序
機(jī)器人完成這個行進(jìn)任務(wù)的步驟是：①直行50cm,②向右轉(zhuǎn)向90°,③直行100cm,④向左轉(zhuǎn)向45°,⑤直行100cm。因此，程序可以采用順序結(jié)構(gòu)。解決本任務(wù)的關(guān)鍵在于設(shè)置直行距離和轉(zhuǎn)向角度，電機(jī)的參數(shù)設(shè)置見表。
二、設(shè)計按預(yù)設(shè)路線行進(jìn)的機(jī)器人
實(shí)現(xiàn)功能 電機(jī)設(shè)置
直行50cm 轉(zhuǎn)向：向前功率：50秒數(shù)：2秒
右轉(zhuǎn)90 轉(zhuǎn)向：右轉(zhuǎn)90°功率：50
直行100cm 轉(zhuǎn)向：向前功率：50秒數(shù)；4秒
左轉(zhuǎn)45 轉(zhuǎn)向：左轉(zhuǎn)45功率：50
停止 關(guān)閉電機(jī)
新知講解
提示板
在機(jī)器人的調(diào)試過程中，需要根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整左右電機(jī)的功率和執(zhí)行秒數(shù)。
二、設(shè)計按預(yù)設(shè)路線行進(jìn)的機(jī)器人
說說做做
根據(jù)以上的流程圖和電機(jī)的參數(shù)設(shè)置表，編寫程序。交流如何控制機(jī)器人按照指定的距離直行或轉(zhuǎn)向。
新知講解
4.運(yùn)行與調(diào)試程序
將程序下載至控制器，運(yùn)行與調(diào)試程序，讓機(jī)器人按照要求完成任務(wù)。如果出現(xiàn)問題，嘗試參考以下要點(diǎn)進(jìn)行分析與解決：
二、設(shè)計按預(yù)設(shè)路線行進(jìn)的機(jī)器人
左右電機(jī)與控制器的連接是否正確
轉(zhuǎn)彎時，轉(zhuǎn)向值的設(shè)置是否合適
直行一段距離時，移動轉(zhuǎn)向模塊中功率和時間參數(shù)的設(shè)置是否合適
新知講解
二、設(shè)計按預(yù)設(shè)路線行進(jìn)的機(jī)器人
說說做做
在程序的調(diào)試過程中出現(xiàn)了哪些問題 你是如何解決的
這可能是由于電機(jī)功率或運(yùn)行時間的設(shè)置不合適導(dǎo)致的。為了解決這個問題，嘗試調(diào)整電機(jī)的功率和運(yùn)行時間參數(shù)，使機(jī)器人的行進(jìn)距離達(dá)到預(yù)期。
轉(zhuǎn)向模塊的設(shè)置可能存在問題，導(dǎo)致機(jī)器人無法按照預(yù)設(shè)的角度進(jìn)行轉(zhuǎn)向。此時，檢查轉(zhuǎn)向模塊的設(shè)置，特別是轉(zhuǎn)向角度和轉(zhuǎn)向速度等參數(shù)，并進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。
機(jī)器人行進(jìn)距離不準(zhǔn)確
機(jī)器人轉(zhuǎn)向角度不準(zhǔn)確
新知講解
三、設(shè)計巡線機(jī)器人
巡線機(jī)器人不需要知道具體的行進(jìn)路線，它是根據(jù)地面上的引導(dǎo)線行進(jìn)的。因此，設(shè)計巡線機(jī)器人時，首先需要考慮以下問題：
機(jī)器人如何識別路線
傳感器應(yīng)該安裝在什么位置
需要安裝什么傳感器來識別路線
新知講解
1.設(shè)計構(gòu)思
根據(jù)任務(wù)，該巡線倉儲機(jī)器人需要滿足如表所示的要求。
三、設(shè)計巡線機(jī)器人
對機(jī)器人結(jié)構(gòu)的要求 需要考慮的事項(xiàng)
能行進(jìn) 需要驅(qū)動系統(tǒng)
能識別引導(dǎo)線 需要安裝可識別引導(dǎo)線的傳感器
能運(yùn)輸 有能裝載貨物的結(jié)構(gòu)或裝置
可以在機(jī)器人上安裝一個或多個光電傳感器用于識別黑線，傳感器的安裝位置應(yīng)該貼近地面。
新知講解
知識鏈接
光電傳感器識別黑線
機(jī)器人在巡線過程中，通過收集光電傳感器的參數(shù)來判斷自己所處的位置。當(dāng)傳感器在黑線上時，反射光強(qiáng)度低，傳感器返回讀值較小；當(dāng)傳感器在白色區(qū)域時，反射光強(qiáng)度高，傳感器返回讀值較大。
三、設(shè)計巡線機(jī)器人
新知講解
2.搭建結(jié)構(gòu)
巡線機(jī)器人與之前按預(yù)設(shè)路線行進(jìn)機(jī)器人的功能都是運(yùn)輸貨物，因此可以在按預(yù)設(shè)路線行進(jìn)機(jī)器人的基礎(chǔ)上做一些改裝，即再安裝一個識別黑線的光電傳感器。例如，可以先組裝光電傳感器裝置，再將其固定在車身上。然后，將光電傳感器與控制器的3號端口進(jìn)行連接。
三、設(shè)計巡線機(jī)器人
新知講解
3.編寫程序
巡線機(jī)器人前進(jìn)時，要不停地判別自己是不是正在沿著引導(dǎo)線行進(jìn)，一旦發(fā)現(xiàn)偏離弓導(dǎo)線，立即調(diào)整行進(jìn)方向。巡線時，機(jī)器人可以采用一種搖擺式行進(jìn)的方式：當(dāng)機(jī)器人在黑線上時，向某一方向進(jìn)行一定偏轉(zhuǎn)；當(dāng)機(jī)器人離開黑線時，向其反方向進(jìn)行偏轉(zhuǎn)，從而回到黑線上。電機(jī)的參數(shù)設(shè)置見表。
三、設(shè)計巡線機(jī)器人
實(shí)現(xiàn)效果 左電機(jī)設(shè)置 右電機(jī)設(shè)置
向左偏轉(zhuǎn) 左電機(jī)關(guān)閉 右電機(jī)開啟
向右偏轉(zhuǎn) 左電機(jī)開啟 右電機(jī)關(guān)閉
新知講解
提示板
本例中的光電傳感器具有3種模式：顏色模式、反射光線強(qiáng)度模式和環(huán)境光強(qiáng)度模式，識別黑線時應(yīng)采用“反射光線強(qiáng)度”模式。光電傳感器將光線的強(qiáng)度測量為0到100的百分比，其中，0表示非常暗，100表示非常亮。根據(jù)暗色吸光、亮色反光的原理，取其中間值來區(qū)分黑線和白色場地。當(dāng)傳感器采集到的數(shù)據(jù)值小于50,可以認(rèn)為傳感器在黑線上，反之則認(rèn)為傳感器在白色場地上。
三、設(shè)計巡線機(jī)器人
新知講解
說說做做
1.圖中，機(jī)器人巡線時沿黑線左側(cè)搖擺式前進(jìn)，如果機(jī)器人沿黑線右側(cè)搖擺式前進(jìn)，該如何設(shè)計流程圖并設(shè)置電機(jī)參數(shù)
三、設(shè)計巡線機(jī)器人
參考
實(shí)現(xiàn)效果 左電機(jī)設(shè)置 右電機(jī)設(shè)置
向左偏轉(zhuǎn) 左電機(jī)關(guān)閉 右電機(jī)開啟
向右偏轉(zhuǎn) 左電機(jī)開啟 右電機(jī)關(guān)閉
新知講解
說說做做
2.根據(jù)以上流程圖和電機(jī)參數(shù)設(shè)置表，編寫程序。交流程序中需要用到怎樣的結(jié)構(gòu)，才能使光電傳感器反復(fù)測量光線強(qiáng)度值從而采取不同的行動。
三、設(shè)計巡線機(jī)器人
參考
程序中使用了循環(huán)結(jié)構(gòu)和切換結(jié)構(gòu)能使光電傳感器反復(fù)測量光線強(qiáng)度值從而采取不同的行動。
新知講解
知識鏈接
利用車輪電機(jī)速度差控制機(jī)器人轉(zhuǎn)向
通常可以通過設(shè)置左右輪的電機(jī)速度差來控制機(jī)器人小車的轉(zhuǎn)向，當(dāng)小車左側(cè)車輪電機(jī)的速度>右側(cè)車輪電機(jī)的速度時，小車會向右偏轉(zhuǎn)；反之，小車會向左偏轉(zhuǎn)。小車的旋轉(zhuǎn)角度可以用電機(jī)的功率和運(yùn)行時間來控制。
三、設(shè)計巡線機(jī)器人
新知講解
4.運(yùn)行與調(diào)試程序
將程序下載至控制器，運(yùn)行與調(diào)試程序，讓機(jī)器人按照要求完成任務(wù)。如果出現(xiàn)問題，嘗試參考以下要點(diǎn)進(jìn)行分析與解決：
三、設(shè)計巡線機(jī)器人
傳感器的位置安裝是否合適 傳感器位置是否貼近地面
03
機(jī)器人的電源、機(jī)器人測試場地環(huán)境(光線、地面摩擦力、噪聲等因素)對機(jī)器人是否有影響
04
程序的設(shè)計思路是否正確
01
電機(jī)或傳感器與控制器相連的端口序號是否正確
02
新知講解
擴(kuò)展學(xué)習(xí)——機(jī)器人工程日志
工程日志是用于記錄項(xiàng)目設(shè)計及實(shí)施過程，并能培養(yǎng)工程思維及掌握相關(guān)技能(如項(xiàng)目管理、時間管理、團(tuán)隊合作等)的一種手段。
1.什么是工程日志呢
新知講解
擴(kuò)展學(xué)習(xí)——機(jī)器人工程日志
在搭建機(jī)器人的整個過程中，大家會發(fā)現(xiàn)問題、擬定計劃、遇到困難、解決問題、學(xué)到經(jīng)驗(yàn)。工程日志是從第一天開始到搭建結(jié)束整個過程的原始記錄，需要完整地寫出來。
工程日志是一個反復(fù)的過程，參與者在這個過程中認(rèn)識和確定問題，測試他們的設(shè)計，不斷改進(jìn)設(shè)計，并繼續(xù)這個過程直到形成解決方案。
工程日志用于記錄參與者在項(xiàng)目設(shè)計過程以及整個制作階段的經(jīng)歷，包括問題定義、概念設(shè)計、系統(tǒng)層級設(shè)計、細(xì)節(jié)設(shè)計以及測試、修改和搭建等。
2.工程日志的作用
新知講解
擴(kuò)展學(xué)習(xí)——機(jī)器人工程日志
3.在記錄工程日志的過程中，有哪些要求
團(tuán)隊會議筆記、設(shè)計概念和草圖、圖片、制作中的筆記、隊員的意見和想法、團(tuán)隊組織以及對團(tuán)隊有用的任何其他文件，都可以記錄在工程日志中。
01
隊員的姓名和分工必須清楚地記錄在工程日志的封面上。
02
按順序標(biāo)明頁碼，不能任意替換或撕掉任何一頁。
03
新知講解
單元挑戰(zhàn)
下列活動按能力要求分成三類，請從這三類活動中依次各選一項(xiàng)去挑戰(zhàn)，并按照完成的情況給自己加星。
活
動
一
1.制作一張海報，介紹什么是人工智能。
3.舉辦一次辯論會，討論我們是否應(yīng)該積極迎接人工智能時代的來臨。
2.制作一個PPT,介紹人工智能給社會帶來怎樣的影響。
新知講解
單元挑戰(zhàn)
活動二
1.編寫程序，讓機(jī)器人在直線上行進(jìn)一段距離后向左轉(zhuǎn)彎。
參考：
新知講解
單元挑戰(zhàn)
活動二
2.編寫程序，讓機(jī)器人完成一個等邊三角形的行進(jìn)路線。
參考：
新知講解
單元挑戰(zhàn)
活動三
1.編寫程序，使用循環(huán)結(jié)構(gòu)讓機(jī)器人按一個正方形的路線行走。
參考：
新知講解
單元挑戰(zhàn)
活動三
2.巡線機(jī)器人可以使用多個光電傳感器，嘗試設(shè)計并制作一個使用兩個光電傳感器的巡線機(jī)器人，并編寫巡線程序。
參考：
3
2
課堂總結(jié)
本次活動主要圍繞“設(shè)計簡單機(jī)器人”這一主題展開。通過學(xué)習(xí)，我們深入了解了如何分析機(jī)器人設(shè)計的需求，以及如何根據(jù)需求進(jìn)行機(jī)器人的設(shè)計和搭建。在活動過程中，我們不僅掌握了基本的機(jī)器人編程知識，還學(xué)習(xí)了如何根據(jù)任務(wù)要求設(shè)置電機(jī)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人的精準(zhǔn)行進(jìn)。本次活動理論與實(shí)踐相結(jié)合，讓我們在動手實(shí)踐的過程中深化了理論知識的學(xué)習(xí)。通過實(shí)踐操作，我們更好地理解了機(jī)器人設(shè)計的基本原理和方法，提高了自己的動手能力和解決問題的能力。
板書設(shè)計
課后作業(yè)
在設(shè)計倉儲機(jī)器人時，除了考慮其行進(jìn)路線和運(yùn)輸功能外，還需要考慮哪些因素？
1
設(shè)計并制作一個能夠自主避障的機(jī)器人，要求機(jī)器人在遇到障礙物時能夠自動改變行進(jìn)路線。
2
謝謝
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設(shè)計簡單機(jī)器人 教學(xué)設(shè)計
課題 設(shè)計簡單機(jī)器人 單元 初識人工智能——智能工具與智能機(jī)器人 學(xué)科 初中信息技術(shù) 年級 八年級
教材分析 教材內(nèi)容圍繞設(shè)計簡單機(jī)器人展開，詳細(xì)闡述了兩種機(jī)器人的設(shè)計思路、搭建結(jié)構(gòu)和程序編寫過程。內(nèi)容邏輯清晰，條理分明，易于理解。通過介紹按預(yù)設(shè)路線行進(jìn)的機(jī)器人和巡線機(jī)器人的設(shè)計過程，使學(xué)生了解機(jī)器人的基本原理和應(yīng)用場景。同時，教材還注重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維，通過設(shè)置任務(wù)和提問，引導(dǎo)學(xué)生思考解決問題的方法和途徑。整體上，本教材內(nèi)容豐富、實(shí)用性強(qiáng)，符合學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)。
學(xué)習(xí)目標(biāo) 信息意識：能夠意識到智能機(jī)器人和人工智能在倉儲和物流領(lǐng)域的應(yīng)用價值，理解其對于提高效率和節(jié)省人力成本的重要性。培養(yǎng)觀察力和敏感性，能夠關(guān)注到機(jī)器人技術(shù)在實(shí)際生活中的應(yīng)用，并意識到這些技術(shù)對個人和社會的影響。計算思維：培養(yǎng)使用順序結(jié)構(gòu)編寫程序的能力，能夠理解并通過程序控制機(jī)器人按照指定的路線行進(jìn)。通過分析和解決問題，形成邏輯清晰、步驟明確的思維過程，培養(yǎng)計算思維和解決問題的能力。數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新：在活動中進(jìn)行探索和創(chuàng)新，嘗試使用不同的方法和技術(shù)解決問題，培養(yǎng)創(chuàng)新意識和實(shí)踐能力。信息社會責(zé)任：認(rèn)識到在使用智能機(jī)器人和人工智能技術(shù)時，需要遵守相關(guān)的法律法規(guī)和道德規(guī)范。
重點(diǎn) 機(jī)器人的編程與調(diào)試：掌握如何編寫程序控制機(jī)器人按照預(yù)設(shè)路線行進(jìn)，如何編寫巡線程序，以及如何通過調(diào)試解決運(yùn)行中出現(xiàn)的問題。
難點(diǎn) 機(jī)器人的轉(zhuǎn)向與距離控制：如何準(zhǔn)確設(shè)置電機(jī)的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的精確轉(zhuǎn)向和直行距離，是教學(xué)中的一大難點(diǎn)。巡線機(jī)器人的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)：如何設(shè)計并實(shí)現(xiàn)一個能夠根據(jù)地面引導(dǎo)線自主行進(jìn)的巡線機(jī)器人，對學(xué)生的綜合能力要求較高，是教學(xué)中的難點(diǎn)。
教學(xué)過程
教學(xué)環(huán)節(jié) 教師活動 學(xué)生活動 設(shè)計意圖
導(dǎo)入新課 2021年，我國的快遞業(yè)務(wù)量超過1083億件，單靠人力來分揀、搬運(yùn)快件已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需求。人工智能和機(jī)器人的發(fā)展給倉儲和物流帶來了新的契機(jī)，快件的搬運(yùn)、分揀等都可以由智能機(jī)器人自動完成。倉儲機(jī)器人的高效率，可以為物流公司節(jié)省很多人力成本。在本活動中，將設(shè)計并搭建一個簡單的倉儲機(jī)器人，使其能夠精準(zhǔn)地沿著固定路線行進(jìn)，以便實(shí)施搬運(yùn)工作。 了解人工智能和機(jī)器人的發(fā)展對社會發(fā)展的重要作用及本次活動的學(xué)習(xí)內(nèi)容。 通過介紹現(xiàn)實(shí)背景中倉儲機(jī)器人的應(yīng)用與優(yōu)勢，激發(fā)學(xué)生興趣，引出本課主題——設(shè)計搭建倉儲機(jī)器人，培養(yǎng)實(shí)踐能力。
講授新課 一、分析問題要完成搬運(yùn)工作，機(jī)器人必須能精準(zhǔn)地沿著固定的路線行進(jìn)。可以有兩種實(shí)現(xiàn)方式：①通過程序預(yù)先設(shè)定好路線；②用畫線或點(diǎn)的方式在路面上標(biāo)出引導(dǎo)線，機(jī)器人沿引導(dǎo)線行進(jìn)。為此，可以根據(jù)需要設(shè)計兩種機(jī)器人——按預(yù)設(shè)路線行進(jìn)的機(jī)器人和巡線機(jī)器人。二、設(shè)計按預(yù)設(shè)路線行進(jìn)的機(jī)器人一個倉儲機(jī)器人需將貨物從起點(diǎn)運(yùn)輸至終點(diǎn)，假設(shè)其行進(jìn)路線必須是：由起點(diǎn)出發(fā)，前行50cm后，右轉(zhuǎn)90°,再前進(jìn)100cm,然后左轉(zhuǎn)45°,直行100cm到達(dá)終點(diǎn)。1.設(shè)計構(gòu)思根據(jù)任務(wù)，該倉儲機(jī)器人需要滿足如表1-3-1所示的要求。表1-3-1 對倉儲機(jī)器人的要求對機(jī)器人結(jié)構(gòu)的要求需要考慮的事項(xiàng)能行進(jìn)需要驅(qū)動系統(tǒng)能運(yùn)輸貨物有能裝載貨物的結(jié)構(gòu)或裝置2.搭建結(jié)構(gòu)可以在活動二完成的行進(jìn)機(jī)器人的基礎(chǔ)上做一些改裝，增加運(yùn)輸貨物的結(jié)構(gòu)或裝置。例如，可以先制作運(yùn)輸裝置，再將其固定在車身上。3.編寫程序機(jī)器人完成這個行進(jìn)任務(wù)的步驟是：①直行50cm,②向右轉(zhuǎn)向90°,③直行100cm,④向左轉(zhuǎn)向45°,⑤直行100cm。因此，程序可以采用順序結(jié)構(gòu)。解決本任務(wù)的關(guān)鍵在于設(shè)置直行距離和轉(zhuǎn)向角度，電機(jī)的參數(shù)設(shè)置見表1-3-2。表1-3-2 電機(jī)的參數(shù)設(shè)置實(shí)現(xiàn)功能電機(jī)設(shè)置直行50cm轉(zhuǎn)向：向前 功率：50 秒數(shù)：2秒右轉(zhuǎn)90轉(zhuǎn)向：右轉(zhuǎn)90° 功率：50直行100cm轉(zhuǎn)向：向前 功率：50 秒數(shù)；4秒左轉(zhuǎn)45轉(zhuǎn)向：左轉(zhuǎn)45 功率：50停止關(guān)閉電機(jī)提示板在機(jī)器人的調(diào)試過程中，需要根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整左右電機(jī)的功率和執(zhí)行秒數(shù)。說說做做根據(jù)以上的流程圖和電機(jī)的參數(shù)設(shè)置表，編寫程序。交流如何控制機(jī)器人按照指定的距離直行或轉(zhuǎn)向。4.運(yùn)行與調(diào)試程序?qū)⒊绦蛳螺d至控制器，運(yùn)行與調(diào)試程序，讓機(jī)器人按照要求完成任務(wù)。如果出現(xiàn)問題，嘗試參考以下要點(diǎn)進(jìn)行分析與解決：◆左右電機(jī)與控制器的連接是否正確 ◆直行一段距離時，移動轉(zhuǎn)向模塊中功率和時間參數(shù)的設(shè)置是否合適 ◆轉(zhuǎn)彎時，轉(zhuǎn)向值的設(shè)置是否合適 說說做做在程序的調(diào)試過程中出現(xiàn)了哪些問題 你是如何解決的 參考：機(jī)器人行進(jìn)距離不準(zhǔn)確：這可能是由于電機(jī)功率或運(yùn)行時間的設(shè)置不合適導(dǎo)致的。為了解決這個問題，可以嘗試調(diào)整電機(jī)的功率和運(yùn)行時間參數(shù)，使機(jī)器人的行進(jìn)距離達(dá)到預(yù)期。機(jī)器人轉(zhuǎn)向角度不準(zhǔn)確：轉(zhuǎn)向模塊的設(shè)置可能存在問題，導(dǎo)致機(jī)器人無法按照預(yù)設(shè)的角度進(jìn)行轉(zhuǎn)向。此時，可以檢查轉(zhuǎn)向模塊的設(shè)置，特別是轉(zhuǎn)向角度和轉(zhuǎn)向速度等參數(shù)，并進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。在調(diào)試過程中，需要耐心和細(xì)心地觀察和測試機(jī)器人的行為，不斷調(diào)整和優(yōu)化程序設(shè)置，直到機(jī)器人能夠準(zhǔn)確地按照預(yù)設(shè)的路線行進(jìn)為止。三、設(shè)計巡線機(jī)器人巡線機(jī)器人不需要知道具體的行進(jìn)路線，它是根據(jù)地面上的引導(dǎo)線行進(jìn)的。因此，設(shè)計巡線機(jī)器人時，首先需要考慮以下問題：◆機(jī)器人如何識別路線 ◆需要安裝什么傳感器來識別路線 ◆傳感器應(yīng)該安裝在什么位置 1.設(shè)計構(gòu)思根據(jù)任務(wù)，該巡線倉儲機(jī)器人需要滿足如表1-3-3所示的要求。表1-3-3 對巡線倉儲機(jī)器人的要求對機(jī)器人結(jié)構(gòu)的要求需要考慮的事項(xiàng)能行進(jìn)需要驅(qū)動系統(tǒng)能識別引導(dǎo)線需要安裝可識別引導(dǎo)線的傳感器能運(yùn)輸有能裝載貨物的結(jié)構(gòu)或裝置可以在機(jī)器人上安裝一個或多個光電傳感器用于識別黑線，傳感器的安裝位置應(yīng)該貼近地面。知識鏈接光電傳感器識別黑線機(jī)器人在巡線過程中，通過收集光電傳感器的參數(shù)來判斷自己所處的位置。當(dāng)傳感器在黑線上時，反射光強(qiáng)度低，傳感器返回讀值較小；當(dāng)傳感器在白色區(qū)域時，反射光強(qiáng)度高，傳感器返回讀值較大。2.搭建結(jié)構(gòu)巡線機(jī)器人與之前按預(yù)設(shè)路線行進(jìn)機(jī)器人的功能都是運(yùn)輸貨物，因此可以在按預(yù)設(shè)路線行進(jìn)機(jī)器人的基礎(chǔ)上做一些改裝，即再安裝一個識別黑線的光電傳感器。例如，可以先組裝光電傳感器裝置，再將其固定在車身上。然后，將光電傳感器與控制器的3號端口進(jìn)行連接。3.編寫程序巡線機(jī)器人前進(jìn)時，要不停地判別自己是不是正在沿著引導(dǎo)線行進(jìn)，一旦發(fā)現(xiàn)偏離弓導(dǎo)線，立即調(diào)整行進(jìn)方向。巡線時，機(jī)器人可以采用一種搖擺式行進(jìn)的方式：當(dāng)機(jī)器人在黑線上時，向某一方向進(jìn)行一定偏轉(zhuǎn)；當(dāng)機(jī)器人離開黑線時，向其反方向進(jìn)行偏轉(zhuǎn)，從而回到黑線上。電機(jī)的參數(shù)設(shè)置見表1-3-4。表1-3-4 電機(jī)參數(shù)設(shè)置實(shí)現(xiàn)效果左電機(jī)設(shè)置右電機(jī)設(shè)置向左偏轉(zhuǎn)左電機(jī)關(guān)閉右電機(jī)開啟向右偏轉(zhuǎn)左電機(jī)開啟右電機(jī)關(guān)閉提示板本例中的光電傳感器具有3種模式：顏色模式、反射光線強(qiáng)度模式和環(huán)境光強(qiáng)度模式，識別黑線時應(yīng)采用“反射光線強(qiáng)度”模式。光電傳感器將光線的強(qiáng)度測量為0到100的百分比，其中，0表示非常暗，100表示非常亮。根據(jù)暗色吸光、亮色反光的原理，取其中間值來區(qū)分黑線和白色場地。當(dāng)傳感器采集到的數(shù)據(jù)值小于50,可以認(rèn)為傳感器在黑線上，反之則認(rèn)為傳感器在白色場地上。說說做做圖中，機(jī)器人巡線時沿黑線左側(cè)搖擺式前進(jìn)，如果機(jī)器人沿黑線右側(cè)搖擺式前進(jìn)，該如何設(shè)計流程圖并設(shè)置電機(jī)參數(shù) 參考：流程圖電機(jī)參數(shù)設(shè)置實(shí)現(xiàn)效果左電機(jī)設(shè)置右電機(jī)設(shè)置向左偏轉(zhuǎn)左電機(jī)關(guān)閉右電機(jī)開啟向右偏轉(zhuǎn)左電機(jī)開啟右電機(jī)關(guān)閉根據(jù)以上流程圖和電機(jī)參數(shù)設(shè)置表，編寫程序。交流程序中需要用到怎樣的結(jié)構(gòu)，才能使光電傳感器反復(fù)測量光線強(qiáng)度值從而采取不同的行動。參考：程序中使用了循環(huán)結(jié)構(gòu)和切換結(jié)構(gòu)能使光電傳感器反復(fù)測量光線強(qiáng)度值從而采取不同的行動。知識鏈接利用車輪電機(jī)速度差控制機(jī)器人轉(zhuǎn)向通常可以通過設(shè)置左右輪的電機(jī)速度差來控制機(jī)器人小車的轉(zhuǎn)向，當(dāng)小車左側(cè)車輪電機(jī)的速度>右側(cè)車輪電機(jī)的速度時，小車會向右偏轉(zhuǎn)；反之，小車會向左偏轉(zhuǎn)。小車的旋轉(zhuǎn)角度可以用電機(jī)的功率和運(yùn)行時間來控制。4.運(yùn)行與調(diào)試程序?qū)⒊绦蛳螺d至控制器，運(yùn)行與調(diào)試程序，讓機(jī)器人按照要求完成任務(wù)。如果出現(xiàn)問題，嘗試參考以下要點(diǎn)進(jìn)行分析與解決：(1)程序的設(shè)計思路是否正確 (2)電機(jī)或傳感器與控制器相連的端口序號是否正確 (3)傳感器的位置安裝是否合適 傳感器位置是否貼近地面 (4)機(jī)器人的電源、機(jī)器人測試場地環(huán)境(光線、地面摩擦力、噪聲等因素)對機(jī)器人是否有影響 擴(kuò)展學(xué)習(xí)——機(jī)器人工程日志1.什么是工程日志呢 工程日志是用于記錄項(xiàng)目設(shè)計及實(shí)施過程，并能培養(yǎng)工程思維及掌握相關(guān)技能(如項(xiàng)目管理、時間管理、團(tuán)隊合作等)的一種手段。2.工程日志的作用在搭建機(jī)器人的整個過程中，大家會發(fā)現(xiàn)問題、擬定計劃、遇到困難、解決問題、學(xué)到經(jīng)驗(yàn)。工程日志是從第一天開始到搭建結(jié)束整個過程的原始記錄，需要完整地寫出來。工程日志是一個反復(fù)的過程，參與者在這個過程中認(rèn)識和確定問題，測試他們的設(shè)計，不斷改進(jìn)設(shè)計，并繼續(xù)這個過程直到形成解決方案。工程日志用于記錄參與者在項(xiàng)目設(shè)計過程以及整個制作階段的經(jīng)歷，包括問題定義、概念設(shè)計、系統(tǒng)層級設(shè)計、細(xì)節(jié)設(shè)計以及測試、修改和搭建等。3.在記錄工程日志的過程中，有哪些要求 團(tuán)隊會議筆記、設(shè)計概念和草圖、圖片、制作中的筆記、隊員的意見和想法、團(tuán)隊組織以及對團(tuán)隊有用的任何其他文件，都可以記錄在工程日志中。隊員的姓名和分工必須清楚地記錄在工程日志的封面上。按順序標(biāo)明頁碼，不能任意替換或撕掉任何一頁。單元挑戰(zhàn)下列活動按能力要求分成三類，請從這三類活動中依次各選一項(xiàng)去挑戰(zhàn)，并按照完成的情況給自己加星。活動1：1.制作一張海報，介紹什么是人工智能。2.制作一個PPT,介紹人工智能給社會帶來怎樣的影響。3.舉辦一次辯論會，討論我們是否應(yīng)該積極迎接人工智能時代的來臨。活動2：編寫程序，讓機(jī)器人在直線上行進(jìn)一段距離后向左轉(zhuǎn)彎。參考：編寫程序，讓機(jī)器人完成一個等邊三角形的行進(jìn)路線。參考：活動3：編寫程序，使用循環(huán)結(jié)構(gòu)讓機(jī)器人按一個正方形的路線行走。參考：巡線機(jī)器人可以使用多個光電傳感器，嘗試設(shè)計并制作一個使用兩個光電傳感器的巡線機(jī)器人，并編寫巡線程序。參考： 學(xué)習(xí)機(jī)器人精準(zhǔn)地沿著固定路線行進(jìn)兩種實(shí)現(xiàn)方式。學(xué)習(xí)設(shè)計按預(yù)設(shè)路線行進(jìn)的倉儲機(jī)器人的步驟，包括設(shè)計構(gòu)思、結(jié)構(gòu)搭建、程序編寫、運(yùn)行調(diào)試等。學(xué)習(xí)關(guān)鍵方法。學(xué)習(xí)機(jī)器人程序調(diào)試方法。學(xué)習(xí)設(shè)計巡線機(jī)器人的步驟，包括設(shè)計構(gòu)思、結(jié)構(gòu)搭建、程序編寫、運(yùn)行調(diào)試等。學(xué)習(xí)光電傳感器識別黑線的工作原理。學(xué)習(xí)單光電傳感器巡線設(shè)置方法。學(xué)習(xí)光電傳感器的三種模式。了解機(jī)器人轉(zhuǎn)向的原理。了解機(jī)器人工程日志含義、作用和記錄要求。從這三類活動中依次各選一項(xiàng)去挑戰(zhàn)，并完成自我評價。 通過分析兩種實(shí)現(xiàn)機(jī)器人精準(zhǔn)行進(jìn)的方式，引出設(shè)計不同類型的機(jī)器人，培養(yǎng)學(xué)生分析問題的能力。通過學(xué)習(xí)設(shè)計按預(yù)設(shè)路線行進(jìn)的倉儲機(jī)器人的步驟，讓學(xué)生體驗(yàn)機(jī)器人設(shè)計的一般流程，同時在設(shè)計機(jī)器人過程中，培養(yǎng)學(xué)生問題解決的能力。在關(guān)鍵環(huán)節(jié)，為學(xué)生提供方法支撐。通過學(xué)習(xí)調(diào)試方法，提升學(xué)生問題解決能力。通過學(xué)習(xí)設(shè)計線機(jī)器人的步驟，讓學(xué)生進(jìn)一步理解機(jī)器人設(shè)計的一般流程，同時在設(shè)計機(jī)器人過程中，培養(yǎng)學(xué)生問題解決的能力。通過學(xué)習(xí)原理，為學(xué)生學(xué)習(xí)巡線方法奠定理論基礎(chǔ)。通過編程，將想法轉(zhuǎn)變成算法，控制機(jī)器人巡線行進(jìn)。通過學(xué)習(xí)差速原理，讓學(xué)生清楚機(jī)器人轉(zhuǎn)向的底層邏輯。通過學(xué)習(xí)機(jī)器人工程日志，幫助學(xué)生養(yǎng)成良好的設(shè)計、制作機(jī)器人習(xí)慣。通過單元挑戰(zhàn)，幫助學(xué)生梳理本單元學(xué)習(xí)內(nèi)容，同時檢測學(xué)習(xí)效果。
課后練習(xí) 在設(shè)計倉儲機(jī)器人時，除了考慮其行進(jìn)路線和運(yùn)輸功能外，還需要考慮哪些因素？設(shè)計并制作一個能夠自主避障的機(jī)器人，要求機(jī)器人在遇到障礙物時能夠自動改變行進(jìn)路線。 小組合作完成課后練習(xí)，然后和班上同學(xué)交流。 通過課后練習(xí)，加深學(xué)生對倉儲機(jī)器人設(shè)計的理解，培養(yǎng)其綜合考慮問題的能力，并鍛煉其將理論應(yīng)用于實(shí)踐的能力。
課堂小結(jié) 組織學(xué)生分小組總結(jié)本課學(xué)習(xí)內(nèi)容，請每個小組代表說說自己小組總結(jié)的結(jié)果。教師做最后的補(bǔ)充。參考：本次課主要圍繞“設(shè)計簡單機(jī)器人”這一主題展開。通過學(xué)習(xí)，我們深入了解了如何分析機(jī)器人設(shè)計的需求，以及如何根據(jù)需求進(jìn)行機(jī)器人的設(shè)計和搭建。在活動過程中，我們不僅掌握了基本的機(jī)器人編程知識，還學(xué)習(xí)了如何根據(jù)任務(wù)要求設(shè)置電機(jī)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人的精準(zhǔn)行進(jìn)。本次活動理論與實(shí)踐相結(jié)合，讓我們在動手實(shí)踐的過程中深化了理論知識的學(xué)習(xí)。通過實(shí)踐操作，我們更好地理解了機(jī)器人設(shè)計的基本原理和方法，提高了自己的動手能力和解決問題的能力。 在小組討論基礎(chǔ)上，推選代表總結(jié)本課學(xué)習(xí)內(nèi)容。其他小組做補(bǔ)充總結(jié)。 學(xué)生自己總結(jié)學(xué)習(xí)內(nèi)容是一種學(xué)習(xí)方法，每次課可以梳理出學(xué)習(xí)了哪些知識、技能方法和思維方式，在頭腦中形成本課程的學(xué)科結(jié)構(gòu)。
板書 從教師板書上歸納本課學(xué)習(xí)內(nèi)容的重點(diǎn)。 通過板書，幫助學(xué)生形成本課學(xué)習(xí)內(nèi)容思維導(dǎo)圖。
21世紀(jì)教育網(wǎng) www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁 （共 2 頁）
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