虛擬機(jī)器人校本課程活動(dòng)教案

虛擬機(jī)器人校本課程活動(dòng)教案活動(dòng)內(nèi)容：一、初識(shí)虛擬機(jī)器人活動(dòng)地點(diǎn)：機(jī)房1課時(shí)：2活動(dòng)準(zhǔn)備:網(wǎng)絡(luò)教室、范例活動(dòng)目標(biāo)：1、通過觀看相關(guān)視頻，了解虛擬機(jī)器人的原理。2、完成賬號(hào)的注冊(cè)和登陸。3、初步掌握蘿卜圈虛擬仿真軟件平臺(tái)的基本功能及使用方法?；顒?dòng)過程課時(shí)：2課時(shí)一、欣賞仿真機(jī)器人同學(xué)們應(yīng)該對(duì)機(jī)器人都有所了解了，那么虛擬機(jī)器人又是怎么一回事情呢？因特網(wǎng)上有許多關(guān)于虛擬仿真機(jī)器人的視頻，請(qǐng)大家來欣賞一下。 （一）、打開百度搜索，在視頻頁面中輸入“虛擬仿真機(jī)器人”，搜索機(jī)器人視頻。（二）、挑選自己喜歡的視頻進(jìn)行觀看。（三）、了解虛擬機(jī)器人和實(shí)體機(jī)器人的異同點(diǎn)。二、認(rèn)識(shí)仿真平臺(tái)通過視頻的賞析，同學(xué)們應(yīng)該清楚了，虛擬機(jī)器人其實(shí)就是使用電腦客戶端通過網(wǎng)絡(luò)連接到仿真平臺(tái)，在虛擬3D環(huán)境下模擬出來的機(jī)器人，其本質(zhì)和實(shí)體機(jī)器人無異，機(jī)器人的搭建、程序的設(shè)計(jì)、各類場(chǎng)景任務(wù)的完成都可以在虛擬環(huán)境下進(jìn)行。我們今天開始要接觸的是“IRobotQ3D”虛擬機(jī)器人，它是由杭州蘿卜圈公司研發(fā)的一款虛擬仿真機(jī)器人平臺(tái)，我們利用它進(jìn)行機(jī)器人的各種學(xué)習(xí)，首先就讓我們來認(rèn)識(shí)一下這個(gè)平臺(tái)。(一)、注冊(cè)成為會(huì)員1、在桌面上雙擊“IRobotQ 3D”快捷方式，啟動(dòng)“蘿卜圈三維機(jī)器人在線仿真平臺(tái)”，在登錄窗口中單擊“注冊(cè)”，在瀏覽器中顯示注冊(cè)網(wǎng)頁。2、如實(shí)并負(fù)責(zé)地填寫個(gè)人信息，單擊“立即注冊(cè)”成為會(huì)員。提醒同學(xué)們，賬號(hào)的密碼應(yīng)設(shè)置成自己容易記憶的字母、數(shù)字或特殊符號(hào)的組合。為了賬號(hào)的安全，設(shè)定的密碼的位數(shù)應(yīng)長一些，一般至少在6位以上，如：zhang3#。3、登陸仿真平臺(tái)完成注冊(cè)后，請(qǐng)同學(xué)們?cè)诘顷懡缑孑斎雱偛抛?cè)的用戶名和密碼，登陸蘿卜圈虛擬機(jī)器人平臺(tái)。三、練一練 我們很多的仿真任務(wù)都是在本地模式中完成的，接下來請(qǐng)大家點(diǎn)擊左上方的“本地模式”，進(jìn)入到本地模式界面，讓我們一起來了解一下界面中各個(gè)板塊的功能。小組合作交流，匯報(bào)探索結(jié)果，教師補(bǔ)充。四、小結(jié)通過這次學(xué)習(xí)，同學(xué)們已經(jīng)基本了解了虛擬機(jī)器人的原理并熟悉了虛擬機(jī)器人軟件平臺(tái)的使用方法，下節(jié)課我們就可以開始搭建屬于自己的機(jī)器人啦，大家千萬不要忘記這節(jié)課注冊(cè)的賬號(hào)和密碼哦?；顒?dòng)內(nèi)容：二、搭建機(jī)器人活動(dòng)地點(diǎn)：機(jī)房1課時(shí)：1活動(dòng)準(zhǔn)備:網(wǎng)絡(luò)教室、范例活動(dòng)目標(biāo)：1、熟悉機(jī)器人搭建界面的各個(gè)功能。2、掌握視角切換的方法。3、會(huì)使用模板來提高搭建速度。4、發(fā)揮想象力構(gòu)思設(shè)計(jì)機(jī)器人。活動(dòng)過程課時(shí)：1課時(shí) 展示范例機(jī)器人激發(fā)學(xué)生搭建興趣。師：同學(xué)們，上節(jié)課我們初步了解了虛擬機(jī)器人的平臺(tái)，這節(jié)課，我們來試試搭建屬于我們自己的第一個(gè)機(jī)器人。一、進(jìn)入操作界面首先請(qǐng)大家陸平臺(tái)，然后點(diǎn)擊“搭建機(jī)器人”選項(xiàng)，進(jìn)入機(jī)器人搭建操作界面。老師先來帶著大家了解一下這一界面的基本功能劃分。l 模型面板：包含機(jī)器人所有模型，有控制器、驅(qū)動(dòng)、安裝塊、傳感器和其它 5 大類。l 模型列表：列出各個(gè)模型分類中所有模型。l 模板列表：用戶創(chuàng)建的模板，模板可保存經(jīng)常使用的模型組合。l 菜單工具欄：有文件、功能和操作 3 個(gè)菜單，菜單下有相應(yīng)的工具欄命令。l 屬性面板：在屬性面板中設(shè)置直流電機(jī)、伺服電機(jī)、傳感器的屬性。l 機(jī)器人信息：查看機(jī)器人零部件的數(shù)量，機(jī)器人的重量、尺寸等信息。l 機(jī)器人編輯區(qū)：用于構(gòu)建機(jī)器人的操作區(qū)，完成機(jī)器人零部件的安裝等操作。l 視角控制面板：調(diào)整查看編輯區(qū)的視角，完成視角旋轉(zhuǎn)、縮放、移動(dòng)等操作二、探索嘗試通過老師的介紹后，大家應(yīng)該對(duì)這些功能區(qū)有所了解了。現(xiàn)在請(qǐng)同學(xué)們動(dòng)動(dòng)腦，動(dòng)動(dòng)手，從模型面板中選擇自己喜歡的模型，放到機(jī)器人編輯區(qū)，注意視角的控制和安裝點(diǎn)的點(diǎn)選，看誰能組裝出屬于自己的第一臺(tái)機(jī)器人！三、問題解決（一）、機(jī)器人搭建首先需要選擇好控制器，這是機(jī)器人的主體，沒有控制器，其他的零件是無法起作用的。（二）、控制器安放是有方向的，編輯區(qū)藍(lán)色坐標(biāo)軸的方向?yàn)闄C(jī)器人前方，學(xué)生容易出現(xiàn)錯(cuò)誤。（三）、在旋轉(zhuǎn)3D視角時(shí)，切忌用鼠標(biāo)左鍵進(jìn)行拖動(dòng)，這會(huì)改變機(jī)器人零件的實(shí)際位置。而應(yīng)該使用視角控制按鈕或者鼠標(biāo)的右鍵和滾輪來進(jìn)行視角切換。（四）、輪子是和電機(jī)安裝在一起，電機(jī)再和控制器連接起來，而不是直接把輪子安裝到控制器上。 教師在巡視指導(dǎo)過程中，發(fā)現(xiàn)問題，適時(shí)引導(dǎo)講解。四、拓展延伸 其實(shí)在機(jī)器人搭建的過程中，我們還可以使用一些小技巧來提高搭建的效率。教授“模板”的使用方法，把一些多次使用的零件組合創(chuàng)建為模板，可以直接拖出來重復(fù)使用。五、秀一秀通過電子教室“學(xué)生演示”的功能，請(qǐng)同學(xué)們來展示一下自己的個(gè)性機(jī)器人，大家來評(píng)評(píng)誰最有想象力和創(chuàng)造力。學(xué)生點(diǎn)評(píng)，教師總結(jié)?；顒?dòng)內(nèi)容：三、機(jī)器人直行任務(wù)活動(dòng)地點(diǎn)：機(jī)房1課時(shí)：2活動(dòng)準(zhǔn)備:網(wǎng)絡(luò)教室、范例活動(dòng)目標(biāo)：1、掌握機(jī)器人搭建后電機(jī)的命名和端口設(shè)置；2、掌握簡(jiǎn)單直行程序的編寫3、學(xué)會(huì)場(chǎng)景任務(wù)的仿真調(diào)試?；顒?dòng)過程一、觀看機(jī)器人直行效果通過觀看范例，大家已經(jīng)明確了我們要完成的任務(wù)，就是讓機(jī)器人從起點(diǎn)出發(fā)經(jīng)過拱門到達(dá)終點(diǎn)。二、搭建任務(wù)相應(yīng)的機(jī)器人（一）討論機(jī)器人搭建設(shè)想針對(duì)這樣一個(gè)直行任務(wù)，我們需要搭建一個(gè)相應(yīng)的機(jī)器人，那么大家覺得什么樣的機(jī)器人比較適合這個(gè)場(chǎng)景呢，既簡(jiǎn)單又能快速完成任務(wù)？學(xué)生小組討論，匯報(bào)結(jié)果，形成共識(shí)，搭建一輛四輪汽車比較合適。（二）嘗試搭建根據(jù)討論結(jié)果，學(xué)生嘗試搭建一輛四輪汽車。選擇合適的控制器、電機(jī)、輪子進(jìn)行搭建。（三）問題解決學(xué)生可能會(huì)出現(xiàn)的問題：1、直接將輪子連接到控制器上的現(xiàn)象，要讓他們明白輪子是靠電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的，一定要把輪子和電機(jī)先進(jìn)行連接，然后再安裝到控制器上。2、在對(duì)電機(jī)進(jìn)行命名的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)混亂的現(xiàn)象，導(dǎo)致后期編程的麻煩對(duì)學(xué)生進(jìn)行規(guī)范，按照從左往右，從前往后的順序?qū)λ膫€(gè)電機(jī)進(jìn)行命名。二、初識(shí)程序設(shè)計(jì)那么如何才能讓機(jī)器人往前走呢？這就需要我們編寫程序來控制機(jī)器人了。請(qǐng)大家進(jìn)入“編寫程序”界面，我們一起來學(xué)習(xí)一下如何進(jìn)行虛擬機(jī)器人的程序設(shè)計(jì)。新授虛擬機(jī)器人模塊化編程的基本使用方法。三、探索嘗試初步了解程序設(shè)計(jì)的基本方法后，我們來嘗試編寫一個(gè)最簡(jiǎn)單的機(jī)器人直行前進(jìn)的程序。學(xué)生進(jìn)行探索嘗試。教師巡視。這里會(huì)出現(xiàn)一個(gè)問題，就是程序編寫界面中，學(xué)生在設(shè)置四個(gè)電機(jī)速度的時(shí)候會(huì)發(fā)現(xiàn)列表中沒有電機(jī)可選擇，引出端口設(shè)置。四、機(jī)器人端口設(shè)置 同學(xué)們?cè)诰帉懗绦虻臅r(shí)候發(fā)現(xiàn)電機(jī)列表中沒有電機(jī)可選，也就無法進(jìn)行速度的設(shè)置了，這是什么原因呢？（老師講授機(jī)器人端口設(shè)置和程序編寫的關(guān)系）。講授完畢，請(qǐng)學(xué)生返回到機(jī)器人搭建界面來完成四個(gè)電機(jī)的端口設(shè)置。進(jìn)而完成機(jī)器人直行前進(jìn)的程序編寫。五、仿真調(diào)試有了機(jī)器人和相應(yīng)的程序，接下來我們就可以去前進(jìn)任務(wù)場(chǎng)景中進(jìn)行仿真了。請(qǐng)大家跟著老師一起進(jìn)入到精彩的虛擬仿真世界吧。（教授場(chǎng)景仿真的方法）學(xué)生在前進(jìn)任務(wù)的仿真過程中會(huì)出現(xiàn)一個(gè)問題，就是明明設(shè)置了四個(gè)電機(jī)一樣的速度前進(jìn)，結(jié)果機(jī)器人一直在原地打轉(zhuǎn)。教師通過在機(jī)器人搭建界面中的實(shí)際演示，讓學(xué)生明白左右兩側(cè)的電機(jī)是對(duì)稱安裝的，其旋轉(zhuǎn)方向就會(huì)剛好相反，因此為了讓機(jī)器人能夠直行前進(jìn)，應(yīng)該把左側(cè)電機(jī)進(jìn)行反轉(zhuǎn)設(shè)置。問題解決，學(xué)生繼續(xù)操作，完成場(chǎng)景任務(wù)，并通過不斷地調(diào)試提高仿真成績。六、展示、小結(jié)通過電子教室軟件進(jìn)行作品展示，學(xué)生點(diǎn)評(píng)，教師補(bǔ)充小結(jié)?；顒?dòng)內(nèi)容：四、機(jī)器人向左走任務(wù)活動(dòng)地點(diǎn)：機(jī)房1活動(dòng)準(zhǔn)備:網(wǎng)絡(luò)教室、范例活動(dòng)目標(biāo)：1、初步掌握程序流程分析。2、掌握延時(shí)模塊的使用方法。3、會(huì)對(duì)不同速度進(jìn)行延時(shí)匹配?；顒?dòng)過程課時(shí)：1課時(shí)一、觀看機(jī)器人向左走任務(wù)視頻通過視頻的觀看，大家可以明確我們要完成的任務(wù)，就是讓機(jī)器人從起點(diǎn)出發(fā)經(jīng)過拱門后左轉(zhuǎn)再直行經(jīng)過終點(diǎn)。二、搭建任務(wù)相應(yīng)的機(jī)器人小組交流討論，這一任務(wù)的機(jī)器人應(yīng)該如何搭建，匯報(bào)。得出結(jié)論，這一任務(wù)在本質(zhì)上其實(shí)和前一章的機(jī)器人直行任務(wù)是一樣的，只是在經(jīng)過拱門后多了左轉(zhuǎn)的動(dòng)作，因此我們不需要重新搭建新的機(jī)器人，可以直接使用直行任務(wù)中搭建的機(jī)器人。二、程序設(shè)計(jì)那么如何才能讓機(jī)器人經(jīng)過拱門后進(jìn)行左轉(zhuǎn)呢？小組交流討論、匯報(bào)。教師補(bǔ)充：要進(jìn)行左轉(zhuǎn)的前提就是左側(cè)輪子速度要慢于右側(cè)輪子速度，且兩側(cè)速度相差越多，左轉(zhuǎn)的幅度也就越大。因此為了讓車子快速完成左轉(zhuǎn)，可以讓左側(cè)輪子反轉(zhuǎn)，右側(cè)輪子正轉(zhuǎn)。三、探索嘗試初步了解程序設(shè)計(jì)的基本方法后，我們來嘗試在原有直行程序基礎(chǔ)上添加做左轉(zhuǎn)程序，完成任務(wù)。學(xué)生進(jìn)行探索嘗試。教師巡視。五、問題解決學(xué)生在嘗試的過程中可能出現(xiàn)的問題：（一）車子過拱門后什么時(shí)候開始左轉(zhuǎn)，這個(gè)時(shí)間點(diǎn)很多學(xué)生掌握不好。這里要引入一個(gè)延時(shí)模塊，進(jìn)行時(shí)間的設(shè)置，并進(jìn)行多次調(diào)試（二）同樣的左轉(zhuǎn)需要花多少時(shí)間，不同速度要搭配不同的時(shí)間，還要考慮到物理引擎中的慣性問題。讓學(xué)生明白，速度越快，所需時(shí)間也越少，要根據(jù)自己設(shè)置的速度進(jìn)行調(diào)試。問題解決，學(xué)生繼續(xù)操作，完成場(chǎng)景任務(wù)，并通過不斷地調(diào)試提高仿真成績。六、展示、小結(jié)通過電子教室軟件進(jìn)行作品展示，學(xué)生點(diǎn)評(píng)，教師補(bǔ)充小結(jié)?；顒?dòng)內(nèi)容：五、傳感器-機(jī)器人的“感覺器官”活動(dòng)地點(diǎn)：機(jī)房1活動(dòng)準(zhǔn)備:網(wǎng)絡(luò)教室、范例活動(dòng)目標(biāo)：1、了解各類傳感器的功能與用途2、明確傳感器的工作原理及其檢測(cè)到數(shù)據(jù)的意義。活動(dòng)過程課時(shí)：2課時(shí)同學(xué)們，我們通過這段時(shí)間的學(xué)習(xí)，已經(jīng)可以讓自己的機(jī)器人動(dòng)起來了，不過，現(xiàn)在的機(jī)器人都是我們來控制它運(yùn)動(dòng)的。為了讓我們的機(jī)器人更加智能，我們今天就要來給機(jī)器人安裝上“感覺器官”，也就是傳感器。一、什么是傳感器傳感器是機(jī)器人的“感覺器官”，是一種電子元件或裝置，能響應(yīng)或感知被測(cè)量的物理量或化學(xué)量，并按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，以供機(jī)器人核心識(shí)別。它就像人的眼睛、耳朵、鼻子一樣，能夠感應(yīng)到周圍環(huán)境的信息，并把這些信息傳遞給機(jī)器人的“大腦”。有了傳感器，機(jī)器人就變得更加聰明了。一般包括以下幾種類型：1.距離傳感器 2.障礙傳感器 3.灰度傳感器教師結(jié)合視頻演示，簡(jiǎn)單介紹幾種常見的傳感器的功能。二、探索嘗試傳感器可以在仿真場(chǎng)景中檢測(cè)到各種相應(yīng)的數(shù)據(jù)。請(qǐng)同學(xué)們來嘗試安裝幾個(gè)不同類型的傳感器，并結(jié)合前兩節(jié)課的內(nèi)容，選擇一個(gè)場(chǎng)景來進(jìn)行仿真測(cè)試，觀察傳感器返回的數(shù)據(jù)。別忘了和身邊的伙伴交流探討哦，團(tuán)隊(duì)合作才能更好地完成任務(wù)?。▽W(xué)生在安裝傳感器的時(shí)候可能又會(huì)忘記端口設(shè)置，教師根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行引導(dǎo)解決。） 同時(shí)，傳感器的安裝是有方向要求的，需要學(xué)生明確所安裝的傳感器是用來檢測(cè)什么的，以及檢測(cè)的方向是什么。三、虛擬機(jī)器人傳感器數(shù)據(jù)的意義 結(jié)合學(xué)生場(chǎng)景仿真中各類傳感器檢測(cè)返回的數(shù)據(jù)，教師可以簡(jiǎn)單介紹一下虛擬機(jī)器人中各類傳感器的設(shè)置以及返回?cái)?shù)據(jù)的意義。1、距離傳感器：用于檢測(cè)傳感器前方與物體之間的距離，返回值為 03000 的整型數(shù)值。距離傳感器最大檢測(cè)距離為3000，超出其檢測(cè)范圍時(shí)返回3000。2、障礙傳感器：用于判斷在指定的檢測(cè)距離內(nèi)有無障礙物，檢測(cè)到障礙時(shí)返回 1，沒檢測(cè)到障礙時(shí)返回 0。障礙傳感器默認(rèn)的檢測(cè)距離為500，最大檢測(cè)距離為500，最小檢測(cè)距離為1。3、灰度傳感器：將檢測(cè)到的各種顏色轉(zhuǎn)換為灰度值，使用0255的數(shù)值表示，其檢測(cè)距離固定為5。轉(zhuǎn)換方式按照計(jì)算機(jī)圖像學(xué)公式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，純白色的灰度值為255，純黑色的灰度值為0。 四、說一說通過老師的介紹，請(qǐng)學(xué)生來說一說自己的機(jī)器人在場(chǎng)景中通過各個(gè)傳感器檢測(cè)到了什么數(shù)據(jù)，分別代表什么意義?；顒?dòng)內(nèi)容：六、機(jī)器人循跡踢球活動(dòng)地點(diǎn)：機(jī)房1活動(dòng)準(zhǔn)備:網(wǎng)絡(luò)教室、范例活動(dòng)目標(biāo)：1、學(xué)會(huì)如何根據(jù)任務(wù)選擇傳感器，并進(jìn)行針對(duì)性安裝。2、運(yùn)用邏輯思維來分析任務(wù)。3、掌握判斷模塊的使用方法?；顒?dòng)過程課時(shí)：1課時(shí)一、觀看范例，明確任務(wù)學(xué)生觀看范例視頻，分組討論明確循跡踢球任務(wù)。讓車子從起點(diǎn)出發(fā)沿著一條s形黑色路線到達(dá)終點(diǎn)并碰到足球?yàn)橥瓿扇蝿?wù)。那么我們?nèi)绾巫屟刂诰€前進(jìn)呢？小組討論得出結(jié)果，需要使用灰度傳感器。二、搭建機(jī)器人我們可以在原有車子的基礎(chǔ)上進(jìn)行加裝灰度傳感器?；舅悸罚涸谲囶^左右各安裝一個(gè)灰度傳感器，根據(jù)路面的灰度值不同進(jìn)行檢測(cè)，然后控制電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)