自動(dòng)避障機(jī)器人課時(shí)教學(xué)設(shè)計(jì)課題 自動(dòng)避障機(jī)器人單元5學(xué)科信息技術(shù)年級(jí)三年級(jí)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.認(rèn)識(shí)紅外避障傳感器2.編寫避障機(jī)器人程序3.模擬仿真機(jī)器人避障4.搭建與調(diào)試避障機(jī)器人重點(diǎn)編寫避障機(jī)器人程序難點(diǎn)搭建與調(diào)試避障機(jī)器人教學(xué)過程教學(xué)環(huán)節(jié)教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖導(dǎo)入新課要讓機(jī)器人避開障礙物，首先要給機(jī)器人裝上“眼睛”，使它具有能感知障礙物的“器官”；然后設(shè)計(jì)避障程序，讓機(jī)器人根據(jù)檢測到的情況選擇前進(jìn)或者轉(zhuǎn)彎。女：給機(jī)器裝上“眼睛”紅外線傳感器，機(jī)器人檢測到障礙物的時(shí)候，就可以想辦法避開了。男：哇！你是怎么做到的呢?認(rèn)真聽講，仔細(xì)思考，交流分享自己的看法。激發(fā)學(xué)生興趣，導(dǎo)入課題。講授新課一、認(rèn)識(shí)紅外避障傳感器紅外避障傳感器相當(dāng)于機(jī)器人的“眼鏡”，它是由一個(gè)紅外線發(fā)射管和一個(gè)紅外線接受管組成的，如下圖所示，它的主要功能是檢測紅外線發(fā)射管的前方是否有物體存在。介紹了紅外避障傳感器的組成：紅外線接受管、紅外線發(fā)射管、可調(diào)電阻、傳感器的連接線。同學(xué)們，為了然機(jī)器人避開前進(jìn)過程中的障礙物，你們知道紅外避障傳感器應(yīng)該安裝在哪個(gè)地方嗎？長見識(shí)：當(dāng)紅外線發(fā)射管發(fā)射出去的紅外光遇到物體時(shí)會(huì)反射給接收管，接收管會(huì)把這個(gè)信息傳輸給機(jī)器人的微電腦。二、編寫避障機(jī)器人程序男：我給機(jī)器人裝上了紅愛避障傳感器，為什么它還是不會(huì)避開障礙物呢？女：因?yàn)闄C(jī)器人只是裝上了紅外避障傳感器，卻沒有把它激活。我們要通過程序，讓機(jī)器人使用紅外避障傳感器檢測障礙物并告訴他遇到障礙物時(shí)應(yīng)該怎樣避開。思考：同學(xué)們，你們在走路的時(shí)候，是一直睜著眼睛看周圍的環(huán)境，還是一會(huì)兒后，閉著眼睛行走呢？當(dāng)遇到障礙物的時(shí)候，你是怎么做的？給機(jī)器人裝上紅外避障機(jī)器人以后，還要讓機(jī)器人會(huì)使用它來檢測障礙物。這需要為機(jī)器人設(shè)計(jì)一個(gè)檢測障礙物的程序，讓機(jī)器人不停地使用紅外避障傳感器檢測障礙物。這個(gè)程序中除了用到“紅外避障傳感器”模塊以外，還要用到“永久循環(huán)”模塊。講解：永久循環(huán)地作用類似于將循環(huán)次數(shù)設(shè)定為無限次地循環(huán)，永久循環(huán)體內(nèi)的操作會(huì)被不停地重復(fù)直行。編寫檢測障礙物程序，讓機(jī)器人不停地通過紅外避障傳感器檢測前方是否有障礙物，我們一起來看吧！1. 參考下圖地操作，將“永久循環(huán)模塊添加到程序中”。2. 打開“數(shù)字傳感器”模塊庫，參考下圖，將“紅外避障傳感器”模塊添加程序中，并作相關(guān)設(shè)置，讓機(jī)器人使用它檢測前方是否有障礙物。“選擇變量”中的紅外避障變量1、2、3、4分別用來儲(chǔ)存機(jī)器人前、左右、后四個(gè)方向的紅外避障傳感器信號(hào)。若檢測到有障礙物，則紅外避障變量中儲(chǔ)存“1”，否則儲(chǔ)存“0”.“選擇端口”中的6個(gè)傳感器輸入端口與微電腦上的6個(gè)“數(shù)字/模擬服用輸入端口”一一對應(yīng)。在紅外避障傳感器檢測到其那方是否有障礙物后，機(jī)器人要根據(jù)紅外避障變量的狀態(tài)。做出不同的選擇：遇到障礙物時(shí)要做什么，沒有遇到障礙物時(shí)要做什么。這是要用到“條件判斷模塊”，如右圖所示，當(dāng)“條件”滿足時(shí)執(zhí)行“是”，當(dāng)“條件”不滿足是執(zhí)行“否”一側(cè)的操作。添加避障程序，讓機(jī)器人在檢測到障礙物時(shí)向右轉(zhuǎn)90度，在檢測到?jīng)]有障礙物時(shí)全速前進(jìn)，首先將“條件判斷”模塊添加到程序中，設(shè)置條件表達(dá)式為“紅外避障變量1=1”（表示傳感器檢測到前方有障礙物）。設(shè)置條件表達(dá)式為“紅外避障變量1=1”（表示紅外避障傳感器檢測到前方有障礙物）。參考下圖，將“轉(zhuǎn)向”模塊添加到“條件判斷”模塊的“是”一側(cè)，讓機(jī)器人在檢測到障礙物時(shí)轉(zhuǎn)向;將“高速電機(jī)”模塊添加到“條件判斷”模塊的“否”一側(cè)，并設(shè)置左、右的轉(zhuǎn)速都為10，讓機(jī)器人在檢測到?jīng)]有障礙物時(shí)全速前進(jìn)。按照下圖設(shè)置高速電機(jī)的轉(zhuǎn)速，編寫完程序后，別忘了保存文件，可保存為“避障程序”。1.如果將程序中“條件判斷”模塊的條件表達(dá)式設(shè)置為“紅外避障變量1=0”（表示前方紅外避障傳感器檢測到?jīng)]有障礙物），機(jī)器人還能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避障功能嗎，為什么？2.是否能將程序中的“高速電機(jī)”模塊替換成“直行”模塊呢？為什么？長見識(shí)：在RC編程軟件的仿真環(huán)境中提供有模擬的障礙物，可用于測試機(jī)器人避障程序能否實(shí)現(xiàn)避障的功能。模擬障礙物相當(dāng)于實(shí)際場地中的墻壁或其他物體。仿真環(huán)境中添加模擬障礙物，測試避障程序能否正常運(yùn)行，參考下圖，在仿真環(huán)境中添加障礙物。進(jìn)入立體仿真環(huán)境測試機(jī)器人的避障程序。在仿真演示區(qū)內(nèi)添加物體（如：障礙物、色帶）時(shí)，可以在不重復(fù)選擇類別的情況下連續(xù)添加同類物體，點(diǎn)擊右鍵停止添加。將我們設(shè)計(jì)的機(jī)器人放在下圖的兩個(gè)迷宮中（方向向右），它能從那個(gè)迷宮中走出來？需要怎樣修改程序，才能讓機(jī)器人從另一個(gè)迷宮中走出來呢？四、搭建與調(diào)試避障機(jī)器人機(jī)器人避障程序能讓我們搭建的機(jī)器人自動(dòng)避障嗎？讓機(jī)器人咋真實(shí)環(huán)境中走走看吧！參考下面方法，搭建具有自動(dòng)避障功能的機(jī)器人：首先應(yīng)下載避障機(jī)器人程序到微電腦中，然后按下圖搭建避障機(jī)器人。連接微電腦與傳感器、電機(jī)之間的連接線。紅外避障傳感器要接入微電腦的數(shù)字/模擬服用輸入端口，選擇的端口序號(hào)要與設(shè)計(jì)程序是選的端口序號(hào)保持一致。打開機(jī)器人電源，觀察并調(diào)試機(jī)器人，使它能正常工作。女：我的機(jī)器人可以避開障礙物，它在距離障礙物很遠(yuǎn)的時(shí)候就轉(zhuǎn)向了。男：我的機(jī)器人快要撞到障礙物時(shí)才轉(zhuǎn)向。為什么會(huì)有這樣的差別呢？玲玲的紅外避障傳感器檢測舉例遠(yuǎn)，所以她的機(jī)器人在舉例很遠(yuǎn)的時(shí)候就檢測到了障礙物，從而轉(zhuǎn)向；貝貝的紅外避障傳感器檢測舉例近，所以他的機(jī)器人在距離很近的時(shí)候才嫩檢測到障礙物，從而轉(zhuǎn)向。小妙招：紅外避障傳感器檢測到障礙物的距離是可以調(diào)節(jié)的，只要用小螺絲刀螺旋傳感器上的“可調(diào)節(jié)電阻”進(jìn)行微調(diào)就可以了。順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，檢測距離減小；逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，檢測距離增大。如果在機(jī)器人的前面、左側(cè)、右側(cè)、后面都裝上紅外避障傳感器，機(jī)器人可能實(shí)現(xiàn)什么功能？要怎樣選擇端口呢？認(rèn)真聽講、仔細(xì)思考，動(dòng)手操作程序，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。提高學(xué)生的動(dòng)手能力，讓學(xué)生了解紅外避障傳感器的原理，激發(fā)學(xué)生對編程機(jī)器人的興趣。課堂練習(xí)學(xué)生思考回答問題。讓學(xué)生開動(dòng)思維，結(jié)合上課所學(xué)思考問題。課堂小結(jié)1.認(rèn)識(shí)紅外避障傳感器2.編寫避障機(jī)器人程序3.模擬仿真機(jī)器人避障4.搭建與調(diào)試避障機(jī)器人思考小結(jié)內(nèi)容，鞏固學(xué)習(xí)知識(shí)。讓學(xué)生開動(dòng)思維，結(jié)合上課所學(xué)思考問題。作業(yè)布置作業(yè)1：總結(jié)今天的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，和同學(xué)們分享。作業(yè)2：自己設(shè)計(jì)一個(gè)避障機(jī)器人，增加避障的難度。學(xué)生仔細(xì)思考，學(xué)以致用。幫助理解、鞏固課本內(nèi)容，了解更多。拓展提高觀看視頻認(rèn)真觀看視頻，仔細(xì)思考。激發(fā)學(xué)生對可編程機(jī)器人的興趣。板書無