仿真機器人教案

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上第一課：教學(xué)機器人概述教學(xué)目標(biāo)：1. 了解機器人的概念。2. 了解機器人的分類和用途。3. 培養(yǎng)對機器人的濃厚興趣。教學(xué)重點：培養(yǎng)對機器人的濃厚興趣。教學(xué)難點：了解機器人的概念。教學(xué)準(zhǔn)備：機器人仿真環(huán)境軟件。教學(xué)過程：一、問題導(dǎo)入同學(xué)們，你們隊機器人感興趣嗎？你們隊機器人了解多少？二、了解機器人1.講授機器人概念機器人是一種可編程的多功能智能操作機，或是為了執(zhí)行不同的任務(wù)而具有電腦控制功能、可編程實現(xiàn)動作的專門系統(tǒng)。它是高級整合控制論、機械電子、計算機、材料和仿生學(xué)的產(chǎn)物。在工業(yè)、醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)甚至軍事等領(lǐng)域中均有重要用途。一般由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動裝置、檢測裝置和控制

2、系統(tǒng)和復(fù)雜機械等組成。2.通過圖片讓同學(xué)們了解各種機器人民用機器人娛樂用機器人軍事用機器人科研機器人 三、練習(xí)鞏固和同學(xué)們一塊通過網(wǎng)絡(luò)了解更多的關(guān)于機器人比賽的信息四、布置作業(yè)設(shè)計一個自己想象中的機器人，畫圖并用文字說明自己的機器人有什么功能和特點。第二課：教學(xué)機器人和仿真機器人教學(xué)教學(xué)目標(biāo)：了解教學(xué)機器人的概況。了解能力風(fēng)暴教學(xué)機器人的身體結(jié)構(gòu)。了解和應(yīng)用能力風(fēng)暴教學(xué)機器人的仿真教學(xué)環(huán)境。教學(xué)重點：了解和應(yīng)用能力風(fēng)暴教學(xué)機器人的仿真教學(xué)環(huán)境。教學(xué)難點：了解能力風(fēng)暴教學(xué)機器人的身體結(jié)構(gòu)。教學(xué)準(zhǔn)備：機器人仿真環(huán)境軟件。教學(xué)過程：一、問題導(dǎo)入我們沒有購買到機器人怎么辦？我們怎么才能夠通過其他渠道學(xué)

3、習(xí)和了解機器人。二、通過網(wǎng)絡(luò)展示教學(xué)機器人概況隨著人工智能技術(shù)、計算機技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，對智能機器人的研究越來越多。在教育領(lǐng)域，許多學(xué)校已在學(xué)生中開設(shè)了機器人學(xué)方面的有關(guān)課程或開設(shè)了興趣實踐小組。為了滿足這些需要，人們專門研制出來了各種適合于教學(xué)用的機器人。三、介紹能力風(fēng)暴教學(xué)機器人情況在VJC1.5中，有五種型號的機器人：AS-M、AS-MII、AS-UII、AS-InfoX和AS-InfoM。虛擬機器人的身體結(jié)構(gòu)跟真實的能力風(fēng)暴智能機器人是相似的。感覺器官能力風(fēng)暴智能機器人的感覺功能，是由機器人的傳感器實現(xiàn)的。能力風(fēng)暴機器人身上安裝的傳感器有以下幾種：紅外傳感器紅外傳感器由紅外發(fā)射器和

4、紅外接收器兩部分組成。一旦程序中發(fā)出“紅外測障”的指令，紅外發(fā)射器就開始發(fā)射紅外線。紅外線遇到障礙物會反射回來，被紅外接收器接收，從而機器人就能判斷出障礙物所在的方位。碰撞傳感器虛擬機器人的碰撞傳感器能夠檢測左、右、前、后四個方向的碰撞，型號為AS-InfoX的機器人只能檢測前、左、右三個方向的碰撞。光敏傳感器光敏傳感器能夠檢測光線的強度，檢測到的值為0255之間的整數(shù)。光線越亮，檢測到的數(shù)值越小；光線越暗，檢測到的數(shù)值越大。地面灰度傳感器地面灰度傳感器能夠檢測地面的灰度，檢測到的值為0255之間的整數(shù)。地面顏色越深，灰度值越大；地面顏色越淺，灰度值越小。此項功能跟真實的能力風(fēng)暴智能機器人基本

5、相同。聲音傳感器聲音傳感器能夠檢測聲強大小，檢測到的值為0255之間的整數(shù)。數(shù)值越小，聲音越低；數(shù)值越大，聲音越響。此項功能跟真實的能力風(fēng)暴智能機器人是一樣的。四、給學(xué)生演示，并讓學(xué)生了解仿真運行環(huán)境前面我們已經(jīng)詳細(xì)地介紹了教學(xué)機器人，但是由于教學(xué)用機器人比較昂貴，一般的農(nóng)村學(xué)校由于經(jīng)費短缺，尚且不能配備實物機器人。為了教學(xué)的需要，人們又開發(fā)了模擬仿真的環(huán)境，也就是用計算機軟件來模擬實物機器人的運行情況。這種形式的教學(xué)就是本書所要提的仿真機器人教學(xué)。五、布置作業(yè)通過網(wǎng)絡(luò)查找關(guān)于機器人和機器人教學(xué)的更多信息和知識。第三課：Vjc1.5仿真機器人教學(xué)編程環(huán)境教學(xué)目標(biāo)：了解Vjc1.5仿真機器人教學(xué)

6、編程環(huán)境。觀察Vjc1.5軟件，看看界面有哪些部分組成。了解Vjc1.5仿真機器人教學(xué)編程環(huán)境，從中發(fā)現(xiàn)什么信息呢？教學(xué)重、難點：了解Vjc1.5仿真機器人教學(xué)編程環(huán)境。教學(xué)準(zhǔn)備： Vjc1.5仿真機器人教學(xué)編程環(huán)境教學(xué)過程：一、問題導(dǎo)入在我們以前學(xué)習(xí)過的word、excel等軟件中界面包括哪些部分？二、展示Vjc1.5仿真機器人教學(xué)編程環(huán)境界面1.流程圖編輯界面介紹“VJC1.5仿真版”流程圖編輯界面如下圖所示，由以下幾個部分組成：菜單欄、工具欄、模塊庫（包括執(zhí)行器、傳感器、控制、程序模塊庫、AS多功能擴展卡（適用型號AS_MAS_MIIAS_UII）、通訊模塊庫(適用型號AS_UII)、垃

7、圾箱、流程圖生成區(qū)、JC代碼顯示區(qū)。下面將作具體介紹。菜單欄菜單欄中包含了各種菜單，如下圖所示：將鼠標(biāo)放在各個菜單上，就會出現(xiàn)一個下拉框，可以看到其中的子菜單。分別介紹如下：文件：“新建”、“打開”、“ 保存”、“關(guān)閉”這些都是對文檔最基本的操作；“輸出JC程序”可根據(jù)流程圖生成JC代碼。編輯：在編寫復(fù)雜程序的過程中，經(jīng)常會用多個子程序服務(wù)于一個主程序，而“編輯”菜單中的“主程序”、“刪除子程序”就為編程帶來了便利。 視圖：可以隱藏/顯示工具條、JC代碼顯示區(qū)；“連接指示”則可以顯示/隱藏模塊的指示紅點，幫助初學(xué)者掌握模塊連接的技巧；可以用“流程圖背景”為流程圖生成區(qū)更換背景；通過“放大”、“

8、縮小流程圖”、“自動縮放”來調(diào)整流程圖大小。 工具：分為“仿真當(dāng)前程序”、“仿真流程圖文件”、“設(shè)置選項”三個功能項?！胺抡娈?dāng)前程序”對用戶正在編寫的流程圖進(jìn)行仿真，“仿真流程圖文件”對用戶選擇的流程圖文件進(jìn)行仿真?！霸O(shè)置選項”可以設(shè)置機器人型號和流程圖文件保存路徑。工具欄工具欄圖標(biāo)依次對應(yīng)如下功能：新建打開保存仿真主程序JC代碼顯示縮小放大自動縮放幫助。三、模塊庫區(qū)介紹模塊庫可以通過鼠標(biāo)的點擊把它們分別打開。下圖是AS-InfoM機器人可以使用的全部圖形模塊。如果機器人型號不同，會與下圖略有不同。 四、流程圖生成區(qū)“VJC1.5仿真版”中間最大一個窗口就是流程圖生成區(qū)(如下圖所示)，左側(cè)的模

9、塊庫區(qū)的模塊可以移入到這個區(qū)域,連接生成流程圖程序。在編輯流程圖的過程中，還可以進(jìn)行模塊的插入、移動、刪除等操作。JC代碼顯示區(qū) “VJC1.5仿真版”可以根據(jù)流程圖程序自動生成JC語言的源程序，顯示在“JC代碼顯示區(qū)”中(點擊工具欄中的“JC代碼”快捷按鈕即可顯示)。 垃圾箱 在編程的過程中，如果要刪除某個模塊，可以將模塊移到“垃圾箱”處，在“垃圾箱”上點擊一下，即可刪除此模塊。五、編程特點介紹本軟件可采用兩種形式進(jìn)行編程，即代碼編程和圖形化編程。對于代碼編程需要語言基礎(chǔ)，對于一般的小學(xué)生不做要求，只要求掌握圖形化編程。我們可以從模塊庫中點擊選中一個模塊將其添加到編程區(qū)域，并將模塊拖放到上一

10、個模塊附近時就會產(chǎn)生一條連接線，這樣就夠成了一個流程圖，在流程圖的結(jié)束位置放一個結(jié)束模塊，就完成了一個簡單的程序，其實本軟件的編程實質(zhì)是在畫流程圖，并對每個流程圖的模塊進(jìn)行簡單的參數(shù)設(shè)置，就完成了編程，這樣就是圖形化編程。六、布置作業(yè)1.認(rèn)真打開和關(guān)閉機器人編程軟件，觀察其組成部分和特點。2.簡單地將圖形模塊拖放到編程區(qū)進(jìn)行連接，并練習(xí)文件的保存、打開、關(guān)閉等操作。第四課：運行和欣賞例程教學(xué)目標(biāo)：1.運行和欣賞例程。2.了解vjc1.5仿真版各個工具欄的使用和作用。教學(xué)重、難點：了解vjc1.5仿真版各個工具欄的使用和作用。教學(xué)準(zhǔn)備： 機器人仿真環(huán)境軟件教學(xué)過程：一、問題導(dǎo)入VJC機器人編程精

11、彩嗎？你想看一看別人的編程結(jié)果嗎？二、VJC機器人仿真環(huán)境介紹“VJC1.5仿真版”仿真工具能模擬機器人運行程序，同時提供了運行環(huán)境的創(chuàng)建、修改、刪除、參數(shù)設(shè)置等功能。在這里可以對我們編寫的機器人程序進(jìn)行調(diào)試或模擬實踐。對于模擬環(huán)境的進(jìn)入可以在編程界面下點擊“工具仿真當(dāng)前程序”或點擊下列工具欄中的第四個仿真命令來實現(xiàn)進(jìn)入仿真環(huán)境。關(guān)于仿真環(huán)境的退出，必須點擊退出按鈕，這樣才能正真地退出，否則下次運行仿真環(huán)境時就會出錯啦！進(jìn)入仿真界面后，點擊先設(shè)置仿真環(huán)境，再點擊運行機器人，將機器人放到運動區(qū)域的適當(dāng)位置就可以模擬運行了。對于模擬環(huán)境的設(shè)置同學(xué)們?nèi)ヌ剿?，這里就不一一敘述了。三、一個例程的運行對于

12、例程的運行我們得分三步走，首先在打開原程序，然后進(jìn)入仿真環(huán)境，最后，調(diào)入仿真環(huán)境，再執(zhí)行機器人即可。如上圖所示，從文件的打開命令中進(jìn)入對話框選擇本程序自帶的例程，然后就可以打開并已經(jīng)編好的圖形程序。點擊仿真命令進(jìn)入仿真環(huán)境。最后一步，就要點擊加載，選擇沿線走場地，再點擊進(jìn)入環(huán)境。之后點擊“運行”將機器人放到線的一段，這樣就可以讓機器人沿線走了。如果我們將運行環(huán)境中選擇為現(xiàn)實軌跡那么我們就可以實現(xiàn)將機器人行走的軌跡留在了屏幕上。四、作業(yè)布置運行和欣賞本程序所帶的例程。第五課：利用流程圖解決問題教學(xué)目標(biāo)： 了解流程圖解決問題的辦法。 了解生活中的問題解決辦法有哪些。教學(xué)重、難點：了解流程圖解決問題

13、的方法教學(xué)準(zhǔn)備：教學(xué)幻燈片教學(xué)過程：一、了解解決問題的過程生活中的解決問題的三種方式：按照某種順序去做完某些過程；將某些過程循環(huán)做若干次；有時候就是按照某些條件的具體情況有選擇的執(zhí)行過程我們的計算機和機器人也遵循了這三種解決問題的方式，我們對其對應(yīng)的程序結(jié)構(gòu)分別叫做順序結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)和判斷結(jié)構(gòu)。二、各種圖形所表示的思維方式以下是我們經(jīng)常用來表示某些事件的操作過程，叫流程圖，其實就是表示我們的思維方式的圖形，你們認(rèn)識嗎？表示終止 表示過程 表示決策判斷 表示獲取數(shù)據(jù)信息我們就用上述流程圖來表示一下路燈的控制思維吧。同學(xué)們注意體會一下用流程圖表示思維的方法。開始是否黑夜情況判斷關(guān)燈開燈等待10分鐘

14、強制結(jié)束否是三、同學(xué)們你能讀懂下面的流程圖嗎？同學(xué)們，你能把你平時想解決的問題用圖形表示嗎？四、作業(yè)布置用流程圖表示一下選班長的過程。第六課：圖形化模塊操作的方法教學(xué)目標(biāo)：1.介紹流程圖來編寫各種機器人程序的圖形化編程方式。2.介紹連接模式的操作方法。教學(xué)重、難點：流程圖來編寫各種機器人程序的圖形化編程方式教學(xué)過程：一、問題導(dǎo)入你知道利用流程圖來編寫各種機器人程序的圖形化編程方式嗎？你認(rèn)識下面的各種模塊屬于流程圖的那個類型，并能猜出下面各種程序控制圖形的含義？本節(jié)課帶著這個問題來學(xué)習(xí)圖形化模塊操作的方法。二、新課學(xué)習(xí)我們可以通過可以將模塊添加到程序編輯區(qū)中，就可以看出來。利用圖形化編程就是對上

15、述各種圖形模塊進(jìn)行的操作，如何操作這些模塊將是本節(jié)課要解決的問題。首先來看模塊的新增、連接和插入從模塊庫選擇一個模塊，單擊模塊的圖標(biāo)，把它移入流程圖生成區(qū)，再單擊一下將其放下，你的程序就新增了一個模塊。要使這個模塊在程序中變?yōu)橛行?，需要將模塊連接到流程圖中。新增一個模塊的過程中經(jīng)常會用到“連接”這個概念。用VJC編寫程序時，首先要在模塊庫中選擇所需要的模塊，將它拖入到流程圖生成區(qū)，并且將此模塊與程序主體連接上。模塊一旦連接上，在JC代碼顯示區(qū)。就會自動生成與之相對應(yīng)的JC代碼，說明新增模塊已成為程序的一部分。如果沒有連接上，JC代碼顯示區(qū)就不會出現(xiàn)相應(yīng)的代碼，這時模塊對程序不起作用。連接模塊如

16、何操作？先在模塊庫中點擊需要增加的模塊，模塊就跟隨光標(biāo)移動了。這時將模塊拖到需要連接的位置，光標(biāo)的頂點放在上方模塊的紅點處，單擊鼠標(biāo)，新增的模塊就與上方模塊連接上了。模塊上的紅點是可連接標(biāo)志，如果模塊上都沒有紅點，可以在“視圖”菜單中選中“連接指示”，模塊上就會有紅點了。模塊連接上的標(biāo)志是什么？模塊連接上之后，會出現(xiàn)以下標(biāo)志：（1）模塊間有箭頭連接起來；（2）上方的模塊“紅點”消失；（3）JC代碼顯示區(qū)自動生成與新增模塊相對應(yīng)的代碼。在程序的中間插入一個模塊該如何操作呢？答：如圖所示，在模塊A后面插入一個新增模塊，操作步驟如下：（1）點擊模塊B，將模塊B及其以下部分移到一邊，再點擊一下鼠標(biāo)將其

17、放下，整個程序就分成了兩個部分；（2）將新增模塊連接在模塊A的下方；（3）再將模塊B及其以下部分連在新增模塊的下方，這樣就完成了插入新增模塊的操作。模塊的移動基本方法：點擊所需移動的模塊，這個模塊就處于“拿起”狀態(tài)，將鼠標(biāo)移動到目標(biāo)位置，點擊鼠標(biāo)即可將模塊放下。下面介紹兩種需要“移動”操作的情況：如要將圖中模塊B調(diào)整到模塊C的后面，操作步驟可參看圖（2）（6）。模塊的刪除流程圖生成區(qū)中的模塊（除“主程序”、“子程序”模塊外）均可以刪除。刪除的方法為：將要刪除的部分從程序主體中“拿起”，再將其拖到垃圾箱處，點擊一下，此部分就會自動消失。另：從模塊庫中“取出”的模塊在沒有點擊放下之前，可以通過點擊

18、鼠標(biāo)右鍵取消。三、作業(yè)要求1.把本軟件中的各個模塊拖放到編輯區(qū)中看看他們的樣子，并右擊各個模塊看看其中參數(shù)應(yīng)該填什么。2.再打開一個本軟件的例程認(rèn)真觀察看他們是怎么編寫的，試著改變模塊位置和參數(shù)再還原。第七課：我的第一個機器人程序教學(xué)目標(biāo)：1. 學(xué)會將模塊添加到程序流程中來。2. 體會編寫一個完整的機器人程序并仿真運行。3. 學(xué)會編寫機器人走正方形的程序。教學(xué)重點：體會完整的編寫一個完整的機器人程序并仿真運行。教學(xué)難點：學(xué)會調(diào)試機器人程序。教學(xué)準(zhǔn)備：微機教室、教學(xué)ppt等教學(xué)過程：一、談話導(dǎo)入同學(xué)們，經(jīng)過這一階段的了解知道了一些機器人方面的常識，但是我們還沒有完整地編過一個機器人程序項目，你知

19、道怎樣才能完整地實現(xiàn)一個機器人編程項目？出示本節(jié)課要求：為機器人編程，使之能走一個正方形。走的時候顯示軌跡。二、程序分析相關(guān)模塊：直行、轉(zhuǎn)向。項目解析：編寫“走正方形”程序可參照上圖編寫，項目的難點在于要反復(fù)調(diào)整“轉(zhuǎn)向模塊”中轉(zhuǎn)向時間和速度，以便機器人正好轉(zhuǎn)90°?！爸毙小?、“轉(zhuǎn)向”模塊的參數(shù)設(shè)置方法可參考“幫助”電子文檔“執(zhí)行器模塊”。編程思路機器人走四邊形就讓機器人完成“前進(jìn)轉(zhuǎn)彎前進(jìn)轉(zhuǎn)彎前進(jìn)轉(zhuǎn)彎前進(jìn)轉(zhuǎn)彎”，也就是說機器人需要完成四個“前進(jìn)轉(zhuǎn)彎”。而要讓機器人完成一個“前進(jìn)轉(zhuǎn)彎”首先就需要啟動電機，使機器人能以一定的速度向前運行一段路程，然后停下，以左輪為中心旋轉(zhuǎn)90°再

20、停下，這樣就走完了四邊形的一邊。要讓機器人走四個邊，這里有一個簡便的方法，這就是循環(huán)，循環(huán)重復(fù)上述步驟4次，機器人就能夠走完一個四邊形了 。三、編程操作實踐圖形化方法編程操作進(jìn)入“VJC1.5仿真版”的流程圖編輯界面，編寫此程序的步驟如下：用鼠標(biāo)點擊左邊“控制模塊庫”，從中選擇“多次循環(huán)”。將此模塊拖到流程圖生成區(qū)，與主程序相連，如圖所示。鼠標(biāo)右鍵點擊此圖標(biāo)，就會出現(xiàn)如圖所示界面，輸入循環(huán)次數(shù) 4 . 點擊“執(zhí)行器模塊庫”，選擇“直行”模塊，連接在流程圖中。在模塊上右擊鼠標(biāo)，彈出一個對話框。在對話框中可設(shè)置“電機速度”，前進(jìn)范圍從0100，數(shù)值越大，行走越快；“時間”框內(nèi)填寫所要行走的時間值。

21、這一個步驟是讓機器人完成走直線的任務(wù)。再點擊“執(zhí)行器模塊庫”，選擇“轉(zhuǎn)向”模塊，連接在流程圖中，在模塊上右擊鼠標(biāo)，出現(xiàn)如圖所示對話框，在“速度”和“時間”狀態(tài)欄內(nèi)，分別填寫適當(dāng)?shù)闹担箼C器人向右旋轉(zhuǎn)90°。這樣走四邊形的程序就編寫好了，只需要我們保存和運行了。軟件仿真程序編寫完畢，接下來就可通過VJC1.5仿真軟件進(jìn)行仿真了。在流程圖界面中，選擇菜單欄中“工具（T）”選項卡下的“仿真當(dāng)前程序”選項，或者點擊“仿真”快捷按鈕，進(jìn)入仿真系統(tǒng) 。在仿真主界面下方的初始設(shè)置欄下，點擊一下“有軌跡”按鈕， 以便在機器人運行時，觀察它的軌跡。然后點擊“運行”按鈕，得到一個虛擬機器人。將機器人放到

22、中央的運行區(qū)，機器人就會走出一個四邊形，并且可以看到它的軌跡。下圖為仿真結(jié)果。四、作業(yè)布置自己編一個走六邊形的程序并實踐。第八課：走五角星的機器人教學(xué)目標(biāo)：1. 繼續(xù)體驗完整的編寫機器人程序和仿真運行的全過程。2. 學(xué)會用實驗法編寫讓機器人走五角星的程序。3. 培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力。教學(xué)重點：學(xué)會用實驗法編寫讓機器人走五角星的程序。教學(xué)難點：編程的實驗方法。教學(xué)準(zhǔn)備：微機教室、機器人仿真環(huán)境。教學(xué)過程：一、談話導(dǎo)入我們會編走四邊形的機器人，那么我們會讓機器人周五角星嗎？二、活動任務(wù)分析項目內(nèi)容：為機器人編程，使之能走出一個五角星的形狀。走的時候顯示軌跡。要求使用“條件循環(huán)”模塊。相關(guān)模塊：直行、轉(zhuǎn)向、條件循環(huán)、計算。三、程序設(shè)計與仿真實踐程序設(shè)計通過該項目的學(xué)習(xí)可熟悉VJC1.5仿真版中引用變量、變量百寶箱的概念以及“條件循環(huán)”和“計算”模塊的使用?！皸l件循環(huán)”模塊在“控制模塊庫”中。從上圖中可以看到，要畫出一個五角星，需重復(fù)五次“前進(jìn)、右轉(zhuǎn)”的動