自動避障機器人課時教學設計課題 自動避障機器人單元5學科信息技術年級三年級學習目標1.認識紅外避障傳感器2.編寫避障機器人程序3.模擬仿真機器人避障4.搭建與調試避障機器人重點編寫避障機器人程序難點搭建與調試避障機器人教學過程教學環節教師活動學生活動設計意圖導入新課要讓機器人避開障礙物，首先要給機器人裝上“眼睛”，使它具有能感知障礙物的“器官”；然后設計避障程序，讓機器人根據檢測到的情況選擇前進或者轉彎。女：給機器裝上“眼睛”紅外線傳感器，機器人檢測到障礙物的時候，就可以想辦法避開了。男：哇！你是怎么做到的呢?認真聽講，仔細思考，交流分享自己的看法。激發學生興趣，導入課題。講授新課一、認識紅外避障傳感器紅外避障傳感器相當于機器人的“眼鏡”，它是由一個紅外線發射管和一個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、紅外線發射管、可調電阻、傳感器的連接線。同學們，為了然機器人避開前進過程中的障礙物，你們知道紅外避障傳感器應該安裝在哪個地方嗎？長見識：當紅外線發射管發射出去的紅外光遇到物體時會反射給接收管，接收管會把這個信息傳輸給機器人的微電腦。二、編寫避障機器人程序男：我給機器人裝上了紅愛避障傳感器，為什么它還是不會避開障礙物呢？女：因為機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應該怎樣避開。思考：同學們，你們在走路的時候，是一直睜著眼睛看周圍的環境，還是一會兒后，閉著眼睛行走呢？當遇到障礙物的時候，你是怎么做的？給機器人裝上紅外避障機器人以后，還要讓機器人會使用它來檢測障礙物。這需要為機器人設計一個檢測障礙物的程序，讓機器人不停地使用紅外避障傳感器檢測障礙物。這個程序中除了用到“紅外避障傳感器”模塊以外，還要用到“永久循環”模塊。講解：永久循環地作用類似于將循環次數設定為無限次地循環，永久循環體內的操作會被不停地重復直行。編寫檢測障礙物程序，讓機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“永久循環模塊添加到程序中”。2. 打開“數字傳感器”模塊庫，參考下圖，將“紅外避障傳感器”模塊添加程序中，并作相關設置，讓機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分別用來儲存機器人前、左右、后四個方向的紅外避障傳感器信號。若檢測到有障礙物，則紅外避障變量中儲存“1”，否則儲存“0”.“選擇端口”中的6個傳感器輸入端口與微電腦上的6個“數字/模擬服用輸入端口”一一對應。在紅外避障傳感器檢測到其那方是否有障礙物后，機器人要根據紅外避障變量的狀態。做出不同的選擇：遇到障礙物時要做什么，沒有遇到障礙物時要做什么。這是要用到“條件判斷模塊”，如右圖所示，當“條件”滿足時執行“是”，當“條件”不滿足是執行“否”一側的操作。添加避障程序，讓機器人在檢測到障礙物時向右轉90度，在檢測到沒有障礙物時全速前進，首先將“條件判斷”模塊添加到程序中，設置條件表達式為“紅外避障變量1=1”（表示傳感器檢測到前方有障礙物）。設置條件表達式為“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“轉向”模塊添加到“條件判斷”模塊的“是”一側，讓機器人在檢測到障礙物時轉向;將“高速電機”模塊添加到“條件判斷”模塊的“否”一側，并設置左、右的轉速都為10，讓機器人在檢測到沒有障礙物時全速前進。按照下圖設置高速電機的轉速，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”模塊的條件表達式設置為“紅外避障變量1=0”（表示前方紅外避障傳感器檢測到沒有障礙物），機器人還能實現自動避障功能嗎，為什么？2.是否能將程序中的“高速電機”模塊替換成“直行”模塊呢？為什么？長見識：在RC編程軟件的仿真環境中提供有模擬的障礙物，可用于測試機器人避障程序能否實現避障的功能。模擬障礙物相當于實際場地中的墻壁或其他物體。仿真環境中添加模擬障礙物，測試避障程序能否正常運行，參考下圖，在仿真環境中添加障礙物。進入立體仿真環境測試機器人的避障程序。在仿真演示區內添加物體（如：障礙物、色帶）時，可以在不重復選擇類別的情況下連續添加同類物體，點擊右鍵停止添加。將我們設計的機器人放在下圖的兩個迷宮中（方向向右），它能從那個迷宮中走出來？需要怎樣修改程序，才能讓機器人從另一個迷宮中走出來呢？四、搭建與調試避障機器人機器人避障程序能讓我們搭建的機器人自動避障嗎？讓機器人咋真實環境中走走看吧！參考下面方法，搭建具有自動避障功能的機器人：首先應下載避障機器人程序到微電腦中，然后按下圖搭建避障機器人。連接微電腦與傳感器、電機之間的連接線。紅外避障傳感器要接入微電腦的數字/模擬服用輸入端口，選擇的端口序號要與設計程序是選的端口序號保持一致。打開機器人電源，觀察并調試機器人，使它能正常工作。女：我的機器人可以避開障礙物，它在距離障礙物很遠的時候就轉向了。男：我的機器人快要撞到障礙物時才轉向。為什么會有這樣的差別呢？玲玲的紅外避障傳感器檢測舉例遠，所以她的機器人在舉例很遠的時候就檢測到了障礙物，從而轉向；貝貝的紅外避障傳感器檢測舉例近，所以他的機器人在距離很近的時候才嫩檢測到障礙物，從而轉向。小妙招：紅外避障傳感器檢測到障礙物的距離是可以調節的，只要用小螺絲刀螺旋傳感器上的“可調節電阻”進行微調就可以了。順時針旋轉，檢測距離減小；逆時針旋轉，檢測距離增大。如果在機器人的前面、左側、右側、后面都裝上紅外避障傳感器，機器人可能實現什么功能？要怎樣選擇端口呢？認真聽講、仔細思考，動手操作程序，總結經驗。提高學生的動手能力，讓學生了解紅外避障傳感器的原理，激發學生對編程機器人的興趣。課堂練習學生思考回答問題。讓學生開動思維，結合上課所學思考問題。課堂小結1.認識紅外避障傳感器2.編寫避障機器人程序3.模擬仿真機器人避障4.搭建與調試避障機器人思考小結內容，鞏固學習知識。讓學生開動思維，結合上課所學思考問題。作業布置作業1：總結今天的學習經驗，和同學們分享。作業2：自己設計一個避障機器人，增加避障的難度。學生仔細思考，學以致用。幫助理解、鞏固課本內容，了解更多。拓展提高觀看視頻認真觀看視頻，仔細思考。激發學生對可編程機器人的興趣。板書無