山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社XINXIJISHUCHUZHONGDILIUCE信息技術初中第6冊山東出版傳媒股份有限公司山東教育出版社出版（濟南市緯一路321號）山東新華書店集團有限公司發行山東省莒縣彩印有限公司印裝開本：787毫米1092毫米116印張：6字數：135千定價：10.88元（上光）書號：ISBN978-7-5701-0464-22019年1月第1版2020年1月第2次印刷著作權所有請勿擅用本書制作各類出版物違者必究山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社XINXIJISHU主編：趙可云執行主編：趙亮副主編：劉興強鄭潔編委會：（以姓氏筆畫為序）萬班劉晶杜春曉李愛云李雪梅暢立強周燕梅傳俊遇鐵齡本冊主編：梅傳俊李雪梅編寫人員：梅傳俊李雪梅張紅云徐偉敬劉興強李愛云萬班夏文強張洪美錢翠萍責任編輯：趙鑫瑩王利美術編輯：邢麗插圖：張奕信息技術（初中）編委會山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社前言FOREWORD本套教材以教育部關于全面深化課程改革落實立德樹人根本任務的意見和山東省教育廳中小學信息技術學科德育實施指導綱要（試行）為指引，統籌考慮中小學信息技術課程指導綱要（試行）的要求進行編寫，以期培養和提升學生的信息素養，全面落實“立德樹人”根本任務。本套教材在課程架構上從基礎性和拓展性兩方面進行整體設計，主要具有以下特點。1.采用項目主題式設計理念。每個單元圍繞一個項目主題進行設計，改變以往單純以知識或技能的邏輯性進行編排的方式，兼顧了知識的整體性、邏輯性和趣味性。2.重視學生自學能力、探究意識和思維能力的培養。堅持問題導向和任務驅動，通過“探究實踐”“小試身手”“教你一招”等方式，讓學生充分體驗學習信息技術的樂趣，培養學生發現問題、分析問題、解決問題的能力。3.簡明實用，內容生動。秉持“學為中心”的設計思路，力求簡明準確，圖文并茂，富有趣味性和啟發性，使學生看得懂、學得會、愛探索、愿實踐。4.突出評價的導向作用。使用SOLO分類評價理論指導教材編寫，充分發揮評價的導向作用，以評促思，以評促學，以評促教。因編者水平和能力有限，難免有不足之處，懇請廣大讀者提出寶貴意見。信息技術（初中）編委會XINXIJISHU山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社目錄CONTENTS第一單元無人駕駛新體驗1第1課走進機器人世界2第2課我的小車更靈活10第3課我的小車更智能15第4課奔跑吧，我的車22第5課挑戰極限，我的車27主題活動35第二單元生活APP我開發38第6課我教弟弟認動物39第7課我幫媽媽測健康48第8課我幫爺爺做運動57第9課我幫奶奶撥電話（1）65第10課我幫奶奶撥電話（2）72主題活動79拓展閱讀智能時代已來臨83XINXIJISHU山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社XINXIJISHU1無人駕駛新體驗第一單元無人駕駛汽車是智能汽車的一種，也稱為輪式移動機器人，主要依靠車內以計算機系統為主的智能駕駛儀來實現。本單元我們將通過虛擬現實技術，將機器人設計進行高度的三維仿真，實現任務場景設計、智能機器人搭建、程序設計、運行模擬等功能。讓我們帶著夢想和創意，以虛擬機器人平臺為開發環境，開啟探索機器人世界的旅程吧！學完本單元，你將能夠：1.了解虛擬機器人的運行環境。2.學會搭建虛擬機器人并編程控制其運動。3.能夠用不同搭建和編程方式完成無人駕駛任務。山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社XINXIJISHU2初中第6冊新知園地機器人（Robot）是一種自動機械，由計算機控制，具有一定的人工智能，能代替人做某些工作。虛擬機器人（BOTs），一般是指基于自然語言處理的智能會話系統，它是融合了多元人工技術的智能機器人。本單元所說的虛擬機器人是指在仿真平臺下搭建的機器人。虛擬機器人仿真平臺主要包括任務管理頁面、搭建機器人頁面、編寫程序頁面和仿真頁面，如圖1-1、圖1-2、圖1-3、圖1-4所示。第1課走進機器人世界1.初步掌握簡單機器人的搭建。2.學會控制機器人的前進和后退。3.體驗搭建機器人、編程并仿真運行的過程。學完本課你將能夠：什么是機器人？什么是虛擬機器人？虛擬機器人有什么神秘之處？它是如何進行搭建、編程、仿真的？讓我們一起走進虛擬機器人世界，探索機器人的奧秘吧!圖1-1任務管理頁面圖1-2搭建機器人頁面山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社第一單元無人駕駛新體驗XINXIJISHU3第1課走進機器人世界一、走進仿真平臺雙擊虛擬機器人仿真平臺快捷方式“”，自動進入登錄界面，如圖1-5所示。輸入用戶名、密碼，選擇服務器然后單擊“”按鈕登錄。仿真流程如圖1-6所示。圖1-3編寫程序頁面圖1-4仿真頁面圖1-5登錄界面圖1-6仿真流程探究實踐一仿真環境探秘第1步：登錄平臺后，打開“魯教初中信息技術教材專區”，選擇“無人駕駛新體驗”任務。第2步：單擊右上角“”，選擇“機器人_12跑道競速”，單擊山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社XINXIJISHU4初中第6冊其中操作按鈕功能如圖1-8所示。第5步：單擊“開始”按鈕開始仿真，單擊“重置”按鈕回到初始狀態。教你一招鼠標右鍵拖拽改變查看視角，滾動滾輪實現縮放，點擊仿真頁面右上角的關閉按鈕，可以退出當前仿真環境，并回到在線仿真平臺頁面。圖1-7仿真頁面開始停止編輯程序視角切換重置暫停編輯機器人圖1-8操作按鈕功能“確定”按鈕，完成機器人選定。第3步：單擊“”，選擇“程序_12跑道競速”，單擊“確定”按鈕，完成程序選定。第4步：選擇房間并單擊“”進入房間開啟仿真運行環境，如圖1-7所示。山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社第一單元無人駕駛新體驗XINXIJISHU5第1課走進機器人世界二、搭建機器人登錄進入任務大廳后，選擇“我的小車向前沖”任務。任務描述：機器人在120秒內從起點出發，前進到正前方的目標區域，如圖1-9所示。要完成“我的小車向前沖”任務，首先需要搭建機器人，然后給機器人編程，最后進行機器人仿真運行，在這個過程中需要不斷調整機器人結構和程序以達到最佳效果。圖1-9“我的小車向前沖”任務探究實踐二搭建“我的小車向前沖”機器人第1步：進入搭建機器人頁面。進入任務大廳后，單擊“”按鈕，選擇“”，單擊“”進入搭建機器人頁面。第2步：添加控制器。控制器是機器人的大腦，搭建機器人首先從添加控制器開始。選擇“零件庫”面板的“控制器”列表，單擊第2個控制器圖標（帶有4個直流電機空位），鼠標移到編輯區，在編輯區單擊，即將此控制器添加到機器人編輯區，如圖1-10所示。圖1-10添加控制器山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社XINXIJISHU6初中第6冊第3步：安裝直流電機。單擊“零件庫”面板的“驅動”列表，單擊第3個直流電機，鼠標移到編輯區，在編輯區單擊，將此電機添加到編輯區。參照圖1-11，完成直流電機的安裝。用相同方法依次安裝其他三個直流電機。第4步：設置直流電機屬性。選中左前方電機，名稱修改為“直流電機_左前”；控制器端口選擇1；勾選“反轉電機”，如圖1-12所示（單擊電機，可查看它的轉動方向，如圖1-13所示）。圖1-12直流電機屬性設置圖1-13直流電機轉動方向直流電機名稱在編程時便于識別選擇“反轉電機”時實際轉向與程序設置相反選擇控制器端口用于程序驅動圖1-11安裝直流電機a.調整視角看到安裝點1.單擊選擇安裝點2.單擊目標安裝點3.安裝到目標安裝點b.調整視角看到目標安裝點山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社第一單元無人駕駛新體驗XINXIJISHU7第1課走進機器人世界三、編寫程序虛擬機器人仿真平臺和Arduino開發板一樣都需要編寫程序來控制。它可以使用IROBOTQ（VPL）語言、ROBO-LOGO語言編程控制，還能使用Python語言來控制。我們這里使用IROBOTQ（VPL）語言來編程，它是一種可視化的編程語言，結構與流程圖類似，非常直觀。用同樣的方法安裝其他三個電機并設置屬性，參數如圖1-14所示。圖1-14“我的小車向前沖”機器人結構名稱：直流電機_左前端口：1反轉電機：選中名稱：直流電機_左后端口：2反轉電機：選中名稱：直流電機_右前端口：3反轉電機：不選名稱：直流電機_右后端口：4反轉電機：不選第5步：安裝輪子。單擊“零件庫”面板的“驅動”列表，單擊第6行第1個輪子，鼠標移到編輯區，在編輯區單擊，將此輪子添加到編輯區。參照安裝直流電機的方法，分別安裝四個輪子。第6步：保存并退出。將機器人保存為“我的小車向前沖”，并退出。探究實踐三編寫“我的小車向前沖”程序第1步：進入編寫程序環境。進入任務大廳后，單擊“”按鈕，選擇“”，單擊“”進入編程環境。第2步：新建程序。單擊“新建”按鈕，選擇“我的小車向前沖”機器人，單擊“確定”按鈕。第3步：添加“多直流電機驅動”。單擊“指令庫”面板中的“驅動”，選擇山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社XINXIJISHU8初中第6冊教你一招“”，鼠標移到編輯區空白處，單擊鼠標左鍵添加到編輯區。第4步：建立連接。拖拽“”的出口連接點，連接到“”的入口連接點，完成程序的連接。第5步：設置各端口屬性值。選中多直流電機驅動“”，在右側屬性面板中勾選端口1、2、3、4，分別將轉速值設為10，如圖1-15所示。第6步：保存并退出。將程序保存為“我的小車向前沖”，并退出。選擇要驅動的直流電機輸入轉速值選擇正、反轉圖1-15多直流電機驅動屬性如果多直流電機驅動的所有端口的屬性都一樣，可以先設置其中一個端口的屬性，然后單擊“應用所有”按鈕，即可快速設置電機屬性。小試身手進入任務大廳，打開“魯教初中信息技術教材專區”，選擇“我的小車向前沖”任務，進入房間進行仿真。鞏固提升1.仿照“我的小車向前沖”實例，完成“我的小車向后退”任務。山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社第一單元無人駕駛新體驗XINXIJISHU9第1課走進機器人世界2.用其他控制器或改變機器人結構完成“我的小車向前沖”任務。成果分享1.評選出搭建最合理、最高效的“我的小車向前沖”機器人，并說明理由。2.比一比誰的得分最高，并分享經驗。知識鏈接機器人探秘在很多人的認知里，機器人一般都存在于高科技實驗室或科幻影視作品中，它們形如變形金剛、伊娃、瓦力、大白等。而現實生活中，人們根據不同的用途研制出不同的機器人，它們有的可能“有手無頭”，有的可能“三頭六臂”那么，什么才是機器人呢？機器人就是一種自動執行工作的機器，它既可以接受人類指揮，又可以運行預先編排的程序，它的任務是協助或替代人類的某些工作。1920年，捷克作家卡雷爾卡佩克在他的科幻小說羅薩姆的萬能機器人中，根據Robota（捷克文，原意為“勞役、苦工”）和Robotnik（波蘭文，原意為“工人”），創造出“Robot（機器人）”這個詞。設計機器人時要遵循三個原則：機器人不應該傷害人類，應該遵守人類的命令，并且應該能夠保護自己。山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社XINXIJISHU10初中第6冊新知園地一、差速轉向探秘車輛除利用前輪轉角實現轉向外，還可以通過控制左右兩個驅動輪的轉速來實現。虛擬機器人一般是通過差速原理來實現轉向的，其原理為：當左右輪子的速度與方向均相同時，小車前進或后退，如圖2-1和2-2所示；當左右輪子一側輪子不動，另一側輪子轉動時小車以不動輪為軸，左轉或右轉，左轉如圖2-3所示；當左右輪子方向相同但速度不同時，小車的行駛方向會偏向速度慢的一側，即左轉或右轉，左轉如圖2-4所示；當左右輪子的速度相同而方向相反時，小車原地轉圈，左轉圈如圖2-5所示。第2課我的小車更靈活1.了解機器人差速轉向的原理。2.學會控制機器人的左轉和右轉。3.體驗創意機器人、飛行機器人的搭建和控制。學完本課你將能夠：機器人已經邁出了前進的第一步，但它行動還不夠靈活，如何控制其靈活轉向呢？讓我們一起來探究吧！圖2-1前進圖2-2后退圖2-3以左輪為軸左轉山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社第一單元無人駕駛新體驗XINXIJISHU11第2課我的小車更靈活我們利用這個原理，來做向左轉任務。任務描述：機器人在120秒內，由起點出發，先前進到拱門再左轉到目標區域，如圖2-6所示。圖2-4左轉圖2-5原地左轉圈圖2-6“我的小車更靈活_左轉”任務探究實踐一完成“我的小車更靈活_左轉”任務第1步：選擇任務。登錄平臺，打開“我的小車更靈活_左轉”任務。第2步：搭建機器人。打開“我的小車向前沖”機器人，另存為“我的小車更靈活_左轉”。第3步：編寫程序。進入“編寫程序”環境，為“我的小車更靈活_左轉”機器人編寫程序。（1）直行程序編寫。選中“”，拖拽下方的出口連接點，選擇“驅動-多直流電機驅動”，選中多直流電機驅動“”，在右側“屬性”面板中勾選端口1、2、3、4，并分別將轉速值設置為8，如圖2-7所示。（2）延時段程序編寫。拖拽“”的出口連接點，選擇“驅動-延時”，將“延時”設為10000毫秒。“延時”模塊用于控制程序等待指定的時間后再執行下面的模塊，時間單位為毫秒（ms）。延時過程中，機器人保持原來的運動狀態不變。（3）左轉程序編寫。繼續拖拽出口連接點，選擇“驅動-多直流電機驅動”，圖2-7直行直流電機參數山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社XINXIJISHU12初中第6冊勾選端口1、2、3、4，分別將轉速值設置為8，并將1、2端口反轉，如圖2-8所示。（4）添加延時。添加330毫秒延時。（5）繼續前進。仿照直行程序塊編寫程序（選中程序塊，用“操作”菜單中的“復制”與“粘貼”可以提高效率）。程序完成后如圖2-9所示。第4步：保存并退出。將程序保存為“我的小車更靈活_左轉”，并退出。第5步：調試。在仿真運行中調試并改進程序。圖2-8左轉直流電機參數圖2-9左轉程序二、機器人搭建進階完成某些任務時，有時對機器人的尺寸、重量、部件會有要求，各部件性能也各有優越性。所以機器人的搭建很關鍵，了解各部件的性能，掌握一定的技巧就顯得特別重要。坐標系統：仿真平臺采用的坐標系統如圖2-10所示，紅、綠、藍色線條分別表示X、Y、Z軸的正方向，XZ平面為水平面。前方：模型的前方是指模型在添加到編輯區時，未經任何旋轉時，朝向+Z軸（藍色）的方向。視角操作：仿真平臺中的畫面是“攝圖2-10仿真坐標系統山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社第一單元無人駕駛新體驗XINXIJISHU13第2課我的小車更靈活小試身手參照圖2-12、2-13創意搭建三輪車機器人或四輪飛碟機器人，并完成向右轉任務。圖2-12三輪車機器人圖2-13四輪飛碟機器人三、別攔我，讓我飛放飛夢想，挑戰極限。飛行，無疑是提高速度的好選擇。以圖2-14中的飛行器為例，它的升空是利用螺旋槳升力實現的，當升力超過飛行器自身重量時它就飛起來了。它的前行是利用飛行器傾斜角來控制的，傾斜角是由四個螺旋槳的速度差決定的。圖2-14飛行器探究實踐二用“飛行器”完成向左轉任務第1步：機器人搭建。選取“正方形控制器”、第四個“直流電機”、風扇葉，完成飛行機器人的搭建。分別將左前、左后、右前、右后電機設置為1、2、3、4號端口，并分別設置為“反轉電機”。像機”拍攝到的內容。要從不同的方向觀看這些模型，需要調整“攝像機”的位置和朝向，視角的操作是對3D空間中的虛擬“攝像機”進行操作，如圖2-11所示。圖2-11視角操作面板環繞查看移動縮放切換視角山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社XINXIJISHU14初中第6冊鞏固提升1.用飛行器機器人分別完成“前進”“后退”“向右轉”任務。2.嘗試用直升機控制器完成“前進”任務。成果分享評選出“前進”“后退”“向左轉”“向右轉”各項任務得分的前三名，并分享經驗。知識鏈接人工智能和阿爾法圍棋人工智能（ArticialIntelligence，縮寫為AI）是研究、開發用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術及應用系統的一門新的技術科學。人工智能是計算機科學的一個分支，旨在了解智能的實質，并生產出一種新的能以與人類智能相似的方式做出反應的智能機器。該領域的研究包括機器人、語言識別、圖像識別、自然語言處理和專家系統等。人工智能從誕生以來，理論和技術日益成熟，應用領域也不斷擴大，可以設想，未來人工智能帶來的科技產品，將會是人類智慧的“容器”。人工智能是對人腦思維機理的模擬。人工智能不是人的智能，但能像人那樣思考，也可能超過人的智能。阿爾法圍棋（AlphaGo）是第一個擊敗人類職業圍棋選手、第一個戰勝圍棋世界冠軍的人工智能機器人，其主要工作原理是“深度學習”。圖2-15飛行完成向左轉任務程序第2步：編寫程序。分別將1、2、3、4號端口的電機轉速值設為98、100、99、100，延時3800毫秒，再添加“多直流電機驅動”，并將1、2、3、4號端口的電機轉速值全部設為50，完成降落，如圖2-15所示。山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社第一單元無人駕駛新體驗XINXIJISHU15第3課我的小車更智能新知園地一、無人駕駛新體驗任務描述：機器人從起點出發沿跑道行走，最終到達終點。在行走過程中機器人不能脫離跑道掉落到地上。跑道由直線、轉彎、上下坡、起伏路等組成，底色為白色，兩側有可供檢測的橙色邊線，如圖3-1所示。要讓機器人不脫離跑道，就要讓它在橙色邊線內部行走，即檢測到左邊沿邊線時向右轉彎，檢測到右邊沿邊線時向左轉彎，否則就直行。機器人是如何檢測到邊線的呢？跑道中左右邊沿都設置了橙色邊線，用灰度傳感器很容易檢測到它。第3課我的小車更智能1.學會安裝和使用灰度傳感器。2.學會使用“if判斷”和“while永遠循環”模塊。3.體驗無人駕駛的樂趣。學完本課你將能夠：機器人已經可以靈活轉彎，但究竟什么時候轉彎，什么時候停止？它的智能從哪里來？讓我們一起給它增加眼睛與智慧吧！圖3-1“無人駕駛新體驗”任務山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社XINXIJISHU16初中第6冊灰度傳感器相當于機器人的“眼睛”，常用于檢測顏色的差別，它可以將檢測到的各種顏色轉換成灰度值，數值介于0-255之間，純白色的灰度值為255，純黑色的灰度值為0。如圖3-2所示。圖3-2灰度傳感器圖3-3取顏色值圖3-4橙色位置灰度值在仿真視圖下，使用如圖3-3中的取顏色值，在物體上單擊可得到該處的灰度值，如圖3-4所示。小試身手嘗試在仿真視圖下，用取顏色值工具檢測橙色邊線和跑道底色的灰度值，并把它們記下來。探究實踐一搭建“無人駕駛新體驗”機器人第1步：選擇任務。登錄平臺，打開“無人駕駛新體驗”任務。第2步：添加安裝塊。進入搭建機器人環境，在“我的小車向前沖”機器人的基礎上，前方安裝113的安裝柱，然后再安裝一個117的安裝柱和兩個115的安裝柱，如圖3-5所示。第3步：添加灰度傳感器。在安裝塊的兩側分別安裝一個灰度傳感器，方向朝山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社第一單元無人駕駛新體驗XINXIJISHU17第3課我的小車更智能下。左側傳感器重命名為“灰度傳感器_左”，設置為31號端口；右側傳感器重命名為“灰度傳感器_右”，設置為32號端口，如圖3-6所示。圖3-5添加安裝塊圖3-6添加灰度傳感器二、控制模塊探秘控制模塊是用來對程序流程的選擇、循環等進行控制的模塊。“while條件循環”模塊用于在滿足一定條件下重復執行一些模塊，如圖3-7所示，當滿足條件容器中的條件時，循環執行，否則跳出循環。“while永遠循環”是“while條件循環”的特例，用于永遠重復執行一些模塊，如圖3-8所示。“if判斷”模塊用于決策，與“endif”模塊成對使用。執行方式為：判斷容器內的條件，如果條件成立（true），則執行“條件成立開始連接點”上連接的模塊；如果條件不成立（false），則執行“條件不成立開始連接點”上連接的模塊，如圖3-9所示。圖3-7條件循環圖3-8永遠循環入口連接點入口連接點循環體連接點循環體連接點循環外連接點循環外連接點條件容器循環體結束連接點循環體結束連接點山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社XINXIJISHU18初中第6冊入口連接點出口連接點圖3-9if判斷模塊條件成立開始連接點條件不成立開始連接點條件容器條件成立結束連接點條件不成立結束連接點VPL編程語言編出的程序，近似于實際流程圖，可讀性非常高。探究實踐二編寫“無人駕駛新體驗”程序編程思路：循環執行判斷左右灰度傳感器的值是否小于170，用到永遠循環模塊。如果“灰度傳感器_左”小于170，則說明機器人檢測到左側橙色邊線，要右轉；如果“灰度傳感器_右”小于170，則說明機器人檢測到右側橙色邊線，要左轉；否則直行。第1步：添加永遠循環模塊。從“開始”的出口連接點下拉，找到“流程-while永遠循環”單擊。第2步：添加“if判斷”模塊。從“while永遠循環”循環體連接點下拉，找到“流程-if判斷”單擊。如圖3-10所示。第3步：添加“if判斷”條件。在“if判斷”模塊的條件容器中右擊鼠標，選擇“”，然后在“”的左容器中右擊鼠標選擇“”并設置為“灰度傳感器_左端口：31”，最后在“”的右容器中右擊鼠標選擇“”并設置“常量int”的數值為170，如圖3-11所示。圖3-10while循環和if判斷山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社第一單元無人駕駛新體驗XINXIJISHU19第3課我的小車更智能圖3-11添加if判斷條件圖3-12條件成立時右轉圖3-13條件不成立時還需要判斷第4步：條件成立分支程序編寫。下拉“if判斷”條件成立開始連接點，單擊“驅動-多直流電機驅動”，設置“多直流電機驅動”參數，勾選端口1、2、3、4，轉速值皆為8，1、2正轉，3、4反轉，如圖3-12所示。第5步：條件不成立分支程序編寫。下拉“if判斷”條件不成立開始連接點，選擇“流程-if判斷”，如圖3-13所示。第6步：“if判斷”程序編寫。參照步驟3、4、5完成該“if判斷”程序編寫。山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社XINXIJISHU20初中第6冊教你一招單擊“操作-自動排列”按鈕，各模塊可重新調整排序。鞏固提升1.嘗試更改直流電機轉速值，提高得分。2.嘗試優化機器人結構，體驗速度與激情。成果分享1.選出班級無人駕駛設計師10人，并請他們說說改進方案。“”設置為“灰度傳感器_右端口：32”，“if判斷”左側多直流電機驅動參數勾選端口1、2、3、4，轉速值皆為8，1、2反轉，3、4正轉。右側勾選端口1、2、3、4，轉速值皆為8、正轉。完成全部程序編寫，如圖3-14所示。圖3-14無人駕駛完整程序山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社第一單元無人駕駛新體驗XINXIJISHU21第3課我的小車更智能2.小組討論用哪個控制器更適合無人駕駛任務，并說明理由。知識鏈接無人駕駛汽車無人駕駛汽車是通過車載傳感系統感知道路環境，自動規劃行車路線并控制車輛到達預定目標的智能汽車。它是利用車載傳感器來感知車輛周圍環境，并根據感知所獲得的道路、車輛位置和障礙物信息，控制車輛的轉向和速度，從而能夠安全、可靠地在道路上行駛。無人駕駛汽車集自動控制、體系結構、人工智能、視覺計算等眾多技術于一體，是計算機科學、模式識別和智能控制技術高度發展的產物，也是衡量一個國家科研實力和工業水平的一個重要標志，在國防和國民經濟領域具有廣闊的應用前景。山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社XINXIJISHU22初中第6冊新知園地一、速度與激情挑戰挑戰極限不僅給人以快感，還可以激發進取的動力。在機器人搭建和編程上多思考、多實踐是提高速度的關鍵。在“無人駕駛新體驗”任務中，轉向是影響速度的重要因素。采用如圖4-1的機器人結構，讓機器人“夾”著跑道跑，可以很好地解決這個問題。第4課奔跑吧，我的車1.了解伺服電機工作原理。2.學會伺服電機的安裝與使用。3.體驗創意搭建的樂趣。學完本課你將能夠：影視作品中的賽車片段，除了帶給我們屏住呼吸的緊張感，還會帶給我們新奇與刺激。讓我們優化小車搭建，挑戰速度極限吧！圖4-1奔跑中的機器人示意圖在任務要求中，規定“機器人的直徑不得超過5米”，出發后則不再限制。這就需要在搭建機器人時，讓力臂處于收攏狀態，出發后再放下。用伺服電機可解決力臂的收放。山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社第一單元無人駕駛新體驗XINXIJISHU23第4課奔跑吧，我的車伺服電機是一種驅動軸可旋轉到指定角度且可保持在此角度的驅動部件，它不能像直流電機一樣連續旋轉，其旋轉角度為-180-+179。伺服電機常用于控制機械手臂、仿生類機器人（昆蟲、動物）、類人機器人或其他完成特定動作的機械結構，如圖4-2所示。伺服電機有兩種安裝點，方形安裝點用于固定，圓形安裝點為驅動軸。驅動伺服電機時，其圓形安裝點上安裝的部件可以轉動。出發前的機器人如圖4-3所示。圖4-2伺服電機探究實踐一搭建“速度與激情”機器人第1步：選擇任務。登錄平臺，打開“無人駕駛新體驗”任務。第2步：添加控制器和后輪。進入搭建頁面，選擇“相機形控制器”，后方兩側安裝直流電機（很輕），左側直流電機設置為2號端口，反轉電機，右側直流電機設置為4號端口，在左右兩側分別安裝直徑5厚度2，摩擦力很大的輪子。如圖4-4所示。圖4-4控制器和后輪圖4-5添加前輪支架教你一招為了增加機器人與地面的摩擦力，可利用風扇的反向作用力增強壓載。伺服電機風扇葉圖4-3出發前機器人伺服電機山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社XINXIJISHU24初中第6冊圖4-8左驅動輪第3步：添加前輪支架。在控制器前方安裝1個111和1個115的安裝柱，再安裝2個119的安裝柱，如圖4-5所示。第4步：安裝左側伺服電機。選擇“驅動”“伺服電機-小”，將伺服電機“圓形安裝點”朝后安裝，設置為91號端口，反轉電機，如圖4-6所示。第5步：安裝左側滑動輪、壓載裝置。在伺服電機的圓形安裝點上安裝119的安裝柱，設置“操作-旋轉X：30”（若夾角與圖中所示不同，則選中安裝柱按空格鍵調整）。安裝111的安裝柱，上部安裝“軸向隨動機構”，安裝4個直徑2、厚度1的輪子。下部安裝直流電機（很輕），設置為7號端口。安裝風扇葉，如圖4-7所示。第6步：安裝左側驅動輪。首先在伺服電機的方形安裝點上安裝111的安裝柱，然后安裝直流電機（很輕）和直徑3、厚度1的輪子。直流電機設置為1號端口，反轉電機，如圖4-8所示。第7步：安裝右側伺服電機、滑動輪、壓載裝置和驅動輪。參照步驟第46步完成右側伺服電機、滑動輪、壓載裝置和驅動輪的安裝。設置右側伺服電機為92號端口，右驅動電機為3號端口，風扇葉電機為8號端口，如圖4-9所示。第8步：安裝尾部壓載裝置。尾部安裝直流電機（很輕）和風扇葉，直流電機設置為9號端口，如圖4-10所示。第9步：增加前方驅動。在機器人前方安裝113的安裝柱，左右各安裝直流電機（很輕）和直徑3、厚度1的輪子。左側直流電機設置為5號端口，反轉電機，右側直流電機設置為6號端口。完成后，整個機器人結構如圖4-11所示。圖4-10尾部壓載裝置圖4-11完整機器人結構圖4-7左壓載與導向輪圖4-6左伺服電機圖4-9兩側驅動與壓載裝置山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社第一單元無人駕駛新體驗XINXIJISHU25第4課奔跑吧，我的車二、完美轉向顯奇功“速度與激情”機器人沒有任何偵測裝置，它是利用導向輪隨著跑道曲度轉向的。探究實踐二編寫“速度與激情”程序第1步：放下力臂。從“開始”出口連接點下拉，找到“驅動-多伺服總時間驅動”，驅動總時間（毫秒）為500，勾選“伺服電機-小端口：91”和“伺服電機-小端口：92”，值均設置為150。如圖4-12所示。圖4-12放下力臂圖4-13完整程序第2步：奔跑、增加壓感。下拉多伺服總時間驅動的出口連接點，選擇“驅動-多直流電機驅動”，勾選1-9號端口，并將1-9號端口的值分別設置為20、20、20、20、20、20、200、200、200。完成后的程序如圖4-13所示。鞏固提升1.嘗試更改直流電機轉速值，提高得分。2.嘗試優化機器人結構，體驗速度與激情。成果分享1.分享你的成績，共享改進措施。山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社XINXIJISHU26初中第6冊2.展開小組間的團體賽，評出全班團體總分前兩名的小組。知識鏈接機器人分類從應用環境出發，將機器人分為兩大類，即工業機器人和特種機器人。工業機器人就是面向工業領域的多關節機械手或多自由度機器人。特種機器人則是除工業機器人之外的、用于非制造業并服務于人類的各種先進機器人。包括：服務機器人、水下機器人、娛樂機器人、軍用機器人、農業機器人等。一般來說，生活中比較常見的機器人有：掃地機器人，是智能家用電器的一種，能憑借一定的人工智能，自動在房間內完成地板清掃、吸塵、擦地等工作。早教機器人，是專門服務于兒童早教、培養孩子學習興趣的教育類機器人，能唱歌、跳舞、講故事等。水下機器人，是一種工作于水下的極限作業機器人，用于軍工、科考、民用及大眾娛樂等領域。山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社第一單元無人駕駛新體驗XINXIJISHU27第5課挑戰極限，我的車新知園地一、懸掛系統減震及前輪轉向在“無人駕駛”任務中，減震和轉向是問題的關鍵。真正的汽車懸掛系統是依靠彈簧和避震器來實現減震的，我們如何在“無人駕駛”機器人中實現減震呢？在如圖5-1的機器人前輪驅動結構中，利用伺服電機1和懸掛結構解決減震問題，利用伺服電機2的旋轉來實現前輪轉向。利用障礙傳感器和灰度傳感器同時探測跑道，用海拔高度計輔助定位，用指南針傳感器輔助調整機器人的前進方向。第5課挑戰極限，我的車1.了解障礙傳感器、海拔高度計和指南針傳感器的使用方法。2.學會全局變量的定義與賦值。3.體驗子程序調用的便捷。學完本課你將能夠：“速度與激情”機器人的速度很快，但如果限制機器人的運行尺寸，它就不能用了。讓我們進一步在搭建和編程上下功夫，挑戰極限吧！21圖5-1減震和轉向圖5-2障礙傳感器圖5-3海拔高度計圖5-4指南針傳感器山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社XINXIJISHU28初中第6冊障礙傳感器（圖5-2）用于判斷在指定的檢測距離內有無障礙物，檢測到障礙時返回1，沒檢測到障礙時返回0。海拔高度計（圖5-3）返回傳感器相對海平面的垂直距離，返回值為整型數值，常用于檢測機器人在行進過程中的高度變化。指南針傳感器（圖5-4）用于獲取方向，返回其前方（指南針上標有“N”的方向）與場景的正北（+Z軸）方向的夾角，返回值為0-359度。指南針傳感器常用于使機器人轉到某個方向，或使機器人沿某個方向行進。使用指南針傳感器時需要水平安裝，且指針面朝上，否則可能無法正常工作。探究實踐一搭建“挑戰極限”機器人第1步：安裝伺服電機。選用第一個控制器，左前方安裝伺服電機_小，電機圓形安裝點朝外。第2步：制作懸掛系統與轉向驅動裝置。在伺服電機上安裝112的安裝柱，操作旋轉X：-40，安裝113的安裝柱，操作旋轉X：-50，再安裝112的安裝柱。安裝伺服電機_小，圓形安裝點朝下，設置為91號端口。安裝直流電機（較重），設置為1號端口，反轉電機，如圖5-5所示，然后安裝輪子。圖5-6左壓載與傳感器圖5-5懸掛系統第3步：安裝壓載裝置與探測傳感器。在懸掛系統上方安裝112的安裝柱、直流電機（很輕）和風扇葉，直流電機（很輕）設置為5號端口。前方安裝113、115和111的安裝柱，其中111的安裝柱“操作旋轉X：-60”。安裝灰度傳感器（端口31，操作旋轉X：30）和障礙傳感器（端口33，操作旋轉X：-145），如圖5-6所示。山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社第一單元無人駕駛新體驗XINXIJISHU29第5課挑戰極限，我的車第4步：安裝其他驅動、海拔高度計和指南針傳感器。參照第2步、第3步安裝其他三個懸掛驅動以及壓載裝置。右前方懸掛系統設置如下：轉向伺服電機，端口92；直流電機（很輕），端口6；直流電機（較重），端口3；灰度傳感器，端口32；障礙傳感器，端口34。左后方懸掛系統設置如下：轉向伺服電機，端口93；直流電機（很輕），端口7；直流電機（較重），端口2，反轉電機。右后方懸掛系統設置如下：轉向伺服電機，端口94；直流電機（很輕），端口8；直流電機（較重），端口4。在機器人上方安裝海拔高度計（端口35）和指南針傳感器（端口36）。完畢后如圖5-7所示。前圖5-7完整的機器人結構二、優化算法提效率1.跑道分段：如圖5-8所示的跑道中，機器人根據不同路況應采用不同的轉向策略是提高速度的關鍵。整個跑道可分為6段：（1）起點-1：上坡直行（2）1-2：270度上坡右轉（3）2-3：橋上直行（4）3-4：540度下坡右轉（5）4-5：側向直行（6）5-6：轉彎至終點圖5-8跑道分段教你一招構建機器人時，對于重復性的結構(如直流電機和輪子組合)，使用模板可大大提高搭建效率。山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社XINXIJISHU30初中第6冊探究實踐二編寫“挑戰極限”程序第1步：定義變量。找到“變量-”，選中并在編輯區單擊，找到“變量-”，放置兩個變量，并分別將變量名改為“角度”和“時間”，如圖5-9所示。圖5-9定義變量圖5-10停止子程序第2步：定義“_停止”子程序。找到“控制-子程序”，修改名稱為“_停止”，下拉出口連接點，找到“驅動-停止直流電機”，勾選端口1、2、3、4，如圖5-10所示。第3步：定義“_直行”子程序。跑道分段有多種策略，我們首先用計時完成第一段直行任務。新建子程序，修改名稱為“_直行”，下拉出口連接點，選擇“驅動-開始計時”，添加“條件循環”，條件為“計時81”，將1、2轉速值改為16，3、4轉速值改為10，最后調用“_停止”并添加延時200毫秒，如圖5-16所示。第9步：側向直行段程序。將常量240賦值給變量“角度”，常量1300賦值給變量“時間”，調用子程序“_按角度直行”，讓角度偏大一些，可讓機器人避免下滑。第10步：定義“_調整直行”子程序。最后一段跑道高度起伏嚴重，不能使用障礙傳感器，行走速度也要降低。復制“_按角度直行”子程序，改名為“_調整直行”，用灰度傳感器作為轉向條件，如果左灰度傳感器值小于170，則右轉（設置“驅動總時間”為1，91、92端口伺服電機目標角度為-50），如果右灰度傳感器值小于170，則左轉（設置“驅動總時間”為1，91、92端口伺服電機目標角度為10），否則直行（設置“驅動總時間”為1，91、92端口伺服電機目標角度為0）。電機1-4轉速值為18，5-8轉速值為100，如圖5-17所示。完整主程序如圖5-18所示。圖5-15主程序圖5-16下坡右轉子程序賦值給變量“角度”，常量2000賦值給變量“時間”，調用子程序“_按角度直行”，系統會用這兩個變量值替換子程序中的變量值，如圖5-15所示。山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社山東教育出版社第一單元無人駕駛新體驗XINXIJISHU33第5課挑戰極限，我的車圖5-17調整直行子程序圖5-18完整主程序教你一招選中需要復制的子程序或模塊，單擊“操作復制”，再單擊“操作粘貼”，將鼠標放到程序編輯區空白處單擊，根據需要修改子程序名稱和參數，以提高編程效率。鞏固提升1.嘗試更改直流電機參數值，提高得分。2.嘗試優化機器人的程序，看能否跑出更高的成績。成果分享1.小組討論，推選出一名組員作為本班級的參賽代表，參加班級