仿真機器人教案

1、第一課：教學機器人概述教學目標：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。教學重點：培養(yǎng)對機器人的濃厚興趣。教學難點：了解機器人的概念。教學準備：機器人仿真環(huán)境軟件。教學過程：一、問題導入同學們，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、材料和仿生學的產(chǎn)物。在工業(yè)、醫(yī)學、農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)甚至軍事等領域中均有重要用途。一般由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動裝置、檢測裝置和控制系統(tǒng)和復雜機械等組成。2.

2、通過圖片讓同學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、練習鞏固和同學們一塊通過網(wǎng)絡了解更多的關于機器人比賽的信息四、布置作業(yè)設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：教學機器人和仿真機器人教學教學目標：了解教學機器人的概況。了解能力風暴教學機器人的身體結(jié)構(gòu)。了解和應用能力風暴教學機器人的仿真教學環(huán)境。教學重點：了解和應用能力風暴教學機器人的仿真教學環(huán)境。教學難點：了解能力風暴教學機器人的身體結(jié)構(gòu)。教學準備：機器人仿真環(huán)境軟件。教學過程：一、問題導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習和了解機器人。二、通過網(wǎng)

3、絡展示教學機器人概況隨著人工智能技術(shù)、計算機技術(shù)等相關技術(shù)的發(fā)展，對智能機器人的研究越來越多。在教育領域，許多學校已在學生中開設了機器人學方面的有關課程或開設了興趣實踐小組。為了滿足這些需要，人們專門研制出來了各種適合于教學用的機器人。三、介紹能力風暴教學機器人情況在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)跟真實的能力風暴智能機器人是相似的。感覺器官能力風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)射器和紅外接收器兩部分組成。一旦

4、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暴智能機器人基本相同。聲音傳感器聲音傳感器

5、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暴智能機器人是一樣的。四、給學生演示，并讓學生了解仿真運行環(huán)境前面我們已經(jīng)詳細地介紹了教學機器人，但是由于教學用機器人比較昂貴，一般的農(nóng)村學校由于經(jīng)費短缺，尚且不能配備實物機器人。為了教學的需要，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。這種形式的教學就是本書所要提的仿真機器人教學。五、布置作業(yè)通過網(wǎng)絡查找關于機器人和機器人教學的更多信息和知識。第三課：Vjc1.5仿真機器人教學編程環(huán)境教學目標：了解Vjc1.5仿真機器人教學編程環(huán)境。觀察Vjc1.5

6、軟件，看看界面有哪些部分組成。了解Vjc1.5仿真機器人教學編程環(huán)境，從中發(fā)現(xiàn)什么信息呢？教學重、難點：了解Vjc1.5仿真機器人教學編程環(huán)境。教學準備： Vjc1.5仿真機器人教學編程環(huán)境教學過程：一、問題導入在我們以前學習過的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)、垃圾箱、流程圖生成區(qū)、JC代

7、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：在編寫復雜程序的過程中，經(jīng)常會用多個子程序服務于一個主程序，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”、“縮小流程圖”、“自動縮放”

8、來調(diào)整流程圖大小。 工具：分為“仿真當前程序”、“仿真流程圖文件”、“設置選項”三個功能項。“仿真當前程序”對用戶正在編寫的流程圖進行仿真，“仿真流程圖文件”對用戶選擇的流程圖文件進行仿真?！霸O置選項”可以設置機器人型號和流程圖文件保存路徑。工具欄工具欄圖標依次對應如下功能：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)的模塊庫區(qū)的模塊可以移入到這個

9、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，對于一般的小學生不做要求，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個模塊附近時就會產(chǎn)生一條連

10、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行簡單的參數(shù)設置，就完成了編程，這樣就是圖形化編程。六、布置作業(yè)1.認真打開和關閉機器人編程軟件，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)進行連接，并練習文件的保存、打開、關閉等操作。第四課：運行和欣賞例程教學目標：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。教學重、難點：了解vjc1.5仿真版各個工具欄的使用和作用。教學準備： 機器人仿真環(huán)境軟件教學過程：一、問題導入VJC機器人編程精彩嗎？你想看一看別人的編程

11、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)設置等功能。在這里可以對我們編寫的機器人程序進行調(diào)試或模擬實踐。對于模擬環(huán)境的進入可以在編程界面下點擊“工具仿真當前程序”或點擊下列工具欄中的第四個仿真命令來實現(xiàn)進入仿真環(huán)境。關于仿真環(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！進入仿真界面后，點擊先設置仿真環(huán)境，再點擊運行機器人，將機器人放到運動區(qū)域的適當位置就可以模擬運行了。對于模擬環(huán)境的設置同學們?nèi)ヌ剿鳎@里就不一一敘述了。三、一個例程的運行對于例程的運行我們得分三步走，

12、首先在打開原程序，然后進入仿真環(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目標： 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。教學重、難點：了解流程圖解決問題的方法教學準備：教學幻燈片

13、教學過程：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。同學們注意體會一下用流程圖表示思維的方法。否是三、同學們你能讀懂下面的流程圖嗎？同學們，你能把你平時想解決的

14、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目標：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過程：一、問題導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習圖形化模塊操作的方法。二、新課學習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述各種圖形模塊進行的操作，如何操作這些模塊將是本節(jié)課要解決的問題。首先來看

15、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，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В枰獙⒛K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)相應的代碼，這時模塊對程序不起作用。連接模塊如何操作？先在模塊庫中點擊需要增加的模塊，模塊就跟隨光標移動了。這時將模塊拖

16、到需要連接的位置，光標的頂點放在上方模塊的紅點處，單擊鼠標，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。模塊連接上的標志是什么？模塊連接上之后，會出現(xiàn)以下標志：（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，再點擊一下鼠標將其放下，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）

17、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)，將鼠標移動到目標位置，點擊鼠標即可將模塊放下。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，可以通過點擊鼠標右鍵取消。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

18、樣子，并右擊各個模塊看看其中參數(shù)應該填什么。2.再打開一個本軟件的例程認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目標：1. 學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. 學會編寫機器人走正方形的程序。教學重點：體會完整的編寫一個完整的機器人程序并仿真運行。教學難點：學會調(diào)試機器人程序。教學準備：微機教室、教學ppt等教學過程：一、談話導入同學們，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

19、能走一個正方形。走的時候顯示軌跡。二、程序分析相關模塊：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°。“直行”、“轉(zhuǎn)向”模塊的參數(shù)設置方法可參考“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“前進轉(zhuǎn)彎前進轉(zhuǎn)彎前進轉(zhuǎn)彎前進轉(zhuǎn)彎”，也就是說機器人需要完成四個“前進轉(zhuǎn)彎”。而要讓機器人完成一個“前進轉(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，

20、這就是循環(huán)，循環(huán)重復上述步驟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。鼠標右鍵點擊此圖標，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，彈出一個對話框。在對話框中可設置“電機速度”，前進范圍從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。這一個步驟是讓機器人完成走直線的任務。再點擊“執(zhí)行器模塊庫”，選擇“轉(zhuǎn)向”

21、模塊，連接在流程圖中，在模塊上右擊鼠標，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?shù)闹?，使機器人向右旋轉(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“仿真當前程序”選項，或者點擊“仿真”快捷按鈕，進入仿真系統(tǒng) 。在仿真主界面下方的初始設置欄下，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)

22、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目標：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. 學會用實驗法編寫讓機器人走五角星的程序。3. 培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力。教學重點：學會用實驗法編寫讓機器人走五角星的程序。教學難點：編程的實驗方法。教學準備：微機教室、機器人仿真環(huán)境。教學過程：一、談話導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。相關模塊：直行、轉(zhuǎn)向、條件循環(huán)、計算。三、程序設計與仿真實踐程序設計通過該項目的學習可熟悉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，需重復五次“前進、右轉(zhuǎn)”的動作，右轉(zhuǎn)的角度為1440。五角星