《3D仿真虛擬機(jī)器人培訓(xùn)-基礎(chǔ)知識部分》講義0328

1、3D仿真虛擬機(jī)器人教師培訓(xùn)講 義廣州市教育信息中心（電教館）二O一O年三月目 錄第一章 基礎(chǔ)知識部分.3第二章 虛擬機(jī)器人程序設(shè)計初步.8第三章 超聲波傳感器和觸碰傳感器的使用.11第四章 紅外傳感器和光電傳感器的使用.14第五章 機(jī)器人滅火程序分析.19第一章 基礎(chǔ)知識部分學(xué)習(xí)目標(biāo)了解機(jī)器人的概念、機(jī)器人的應(yīng)用、機(jī)器人發(fā)展與未來，介紹機(jī)器人教育進(jìn)入我國中小學(xué)現(xiàn)狀分析、開展實體機(jī)器人教育的瓶頸，開展3D仿真虛擬機(jī)器人教育的優(yōu)勢等，認(rèn)識3D仿真虛擬機(jī)器人軟件的組成，以及機(jī)器人場地和機(jī)器人模型的結(jié)構(gòu)。掌握對機(jī)器人場地和機(jī)器人模型的導(dǎo)入和新建的方法，掌握如何在3D仿真機(jī)器人軟件中機(jī)器人場地和機(jī)器人模

2、型的編輯。重點和難點1、教學(xué)重點：3D仿真虛擬機(jī)器人場地和機(jī)器人模型的運用。2、教學(xué)難點：3D仿真虛擬機(jī)器人場地和機(jī)器人模型的編輯。學(xué)習(xí)內(nèi)容一、 機(jī)器人的概念與應(yīng)用展示幾組機(jī)器人圖片，讓大家了解機(jī)器人，在展示任務(wù)的同時提出問題，引導(dǎo)大家認(rèn)識我們生活中的各種機(jī)器人，歸納出機(jī)器人的概念。圖1-1 迎賓機(jī)器人圖1-2與機(jī)器人對話圖1-3 機(jī)器人“樂隊”（一）什么是機(jī)器人？中國的科學(xué)家們把機(jī)器人定義為：機(jī)器人是一種自動化的機(jī)器，而且其具備一些與人或生物相似的智能能力，如感知能力、規(guī)劃能力、動作能力和協(xié)同能力，是一種具有高度靈活性的自動化機(jī)器。（二）機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域從工業(yè)拓廣到 農(nóng)業(yè)、林、牧、漁，甚至進(jìn)

3、入尋常百姓家。機(jī)器人的種類之多，應(yīng)用之廣，影響之深，機(jī)器人分為軍用機(jī)器人和民用機(jī)器人。（三）學(xué)校開展機(jī)器人教育的目的和意義智能機(jī)器人融合了機(jī)械、電子、傳感器、無線通訊、聲音識別、圖像處理和人工智能等領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)。在中小學(xué)開展智能機(jī)器人實驗活動可以培養(yǎng)學(xué)生的動手實踐能力、創(chuàng)新思維能力和團(tuán)結(jié)協(xié)作能力，同時也能夠適應(yīng)新課程改革的需要，對提高中小學(xué)生科技素養(yǎng)有著巨大的促進(jìn)作用。 （四）開展實體機(jī)器的現(xiàn)狀與瓶頸中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會自2001年開始舉辦第一屆全國青少年機(jī)器人競賽，教育部、中央電化教育館自2004年也把電腦機(jī)器人項目作為競賽項目列入到全國中小學(xué)電腦作品制作活動中，機(jī)器人科技教育項目進(jìn)入我國各省

4、市（包括香港和澳門特別行政區(qū)）中、小學(xué)校已有10年的時間，參與的地區(qū)和人數(shù)均在逐年增加。以廣州市調(diào)查數(shù)據(jù)為例，現(xiàn)在廣州市有1532所中小學(xué)校和73所中等職業(yè)學(xué)校，共有175多萬名中小學(xué)生、10多萬名中小學(xué)教師。而2009年廣州市只有116（93）所學(xué)校開展了機(jī)器人實驗活動，僅有569（308）名學(xué)生和152（130）名老師參加了機(jī)器人教學(xué)和競賽。由此看出，對于經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)的廣州市開展機(jī)器人項目的學(xué)校不到十分之一、參加學(xué)生不到萬分之三、參與的老師不足千分之一，而對那些經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)開展情況則更不樂觀。雖然機(jī)器人實驗進(jìn)入中小學(xué)已有十年，但從現(xiàn)狀分析在我國的機(jī)器人教育可稱作是一種“精英”教育。由于現(xiàn)在

5、市場上所售各種品牌的實體機(jī)器人價格都比較昂貴，而且互不兼容，開放度低，適用于各學(xué)段的性價比高的教育機(jī)器人產(chǎn)品卻相當(dāng)少。學(xué)校要想全面普及機(jī)器人教育或者想在競賽中取得較好成績，每年都必須投入大批資金，但現(xiàn)在大部分學(xué)校的現(xiàn)狀是既缺乏資金又缺少師資，特別對那些經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)的農(nóng)村中小學(xué)校困難則更加突出，所以要想利用實體機(jī)器人在學(xué)校進(jìn)行大面積地推廣和普及機(jī)器人教育還比較困難。（五）開展3D仿真虛擬機(jī)器人教育的優(yōu)勢“易時代3D仿真虛擬機(jī)器人軟件”是由廣州市教育信息中心規(guī)劃設(shè)計，委托廣東南方數(shù)碼科技有限公司開發(fā)的一個集機(jī)器人教學(xué)、實驗和競賽管理于一體的虛擬機(jī)器人實驗平臺，已獲得由中國版權(quán)保護(hù)中心頒發(fā)的“計算機(jī)軟

6、件著作權(quán)登記證書”（證書號：2009R11L094163）。該3D仿真虛擬機(jī)器人軟件已作為“2009年廣州市中小學(xué)智能機(jī)器人競賽活動”的一個特色實驗項目，在廣州市組織了多次教師培訓(xùn)和實戰(zhàn)演練，該實驗項目在廣州市中小學(xué)智能機(jī)器人競賽中取得了圓滿成功。應(yīng)用該軟件開展機(jī)器人教育，不需要購買價格昂貴的實體機(jī)器人，利用網(wǎng)絡(luò)和計算機(jī)就可以讓學(xué)生接受機(jī)器人教育，學(xué)生利用該軟件在計算機(jī)上進(jìn)行機(jī)器人的設(shè)計、組裝、圖形化編程，讓虛擬機(jī)器人在3D仿真的虛擬現(xiàn)實場景中代替實體機(jī)器人完成相關(guān)實驗任務(wù)。該軟件具有模型形象逼真、編程簡單和演示場景真實感強(qiáng)等特點，具有一定的先進(jìn)性、教育性、創(chuàng)新性。有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力

7、、科學(xué)探究能力、自主學(xué)習(xí)能力和動手實踐能力，有利用于提高學(xué)生的信息科技素養(yǎng)、促進(jìn)教師的專業(yè)發(fā)展和推進(jìn)學(xué)校的素質(zhì)教育，有利于促進(jìn)教育創(chuàng)新、教育均衡發(fā)展和縮小數(shù)字鴻溝，有利于機(jī)器人教育項目在各類學(xué)校的推廣與普及。二、3D仿真虛擬機(jī)器人軟件的使用（一）軟件的下載、安裝與注冊3D仿真虛擬機(jī)器人系統(tǒng)也就是一套計算機(jī)軟件，讓大家掌握軟件的下載、安裝和注冊方法，并運行該軟件，明確安裝該軟件對計算機(jī)的要求。并按以下步驟進(jìn)行操作。1、軟件的下載進(jìn)入網(wǎng)站的“通知文件”中，找到“易時代3D仿真虛擬機(jī)器人軟件（2009年12月16日更新版本）”下載到本地硬盤后解壓安裝。安裝該軟件的注意事項：計算機(jī)內(nèi)容必須在256M以

8、上內(nèi)存，并且要安裝顯卡自帶的驅(qū)程序（而不是Windows默認(rèn)的驅(qū)程）。軟件默認(rèn)的安裝在D盤的Virtual Robot文件夾下。2、軟件的注冊和運行安裝完成后不用重啟動運行該軟件，（1）開始程序Virtual Robot出現(xiàn)軟件注冊框，在軟件注冊框中輸入軟件序列號，注冊必須要求聯(lián)網(wǎng)在線才能注冊成功，如果注冊成功就可以順利啟動軟件，否則應(yīng)檢查單位的路由器是否已打開8089端口。（2）軟件啟動成功后的運行界面如圖4所示圖1-4 3D機(jī)器人運行界面圖1-5 3D機(jī)器人場地界面（二）軟件的結(jié)構(gòu)組成1、機(jī)器人場地應(yīng)用（1）進(jìn)入虛擬機(jī)器人場地操作界面點擊界面左上角“場地”標(biāo)簽，進(jìn)入場地操作界面。如圖1-5

9、（2）新建一個場地圖1-6 場地文件中新建場地圖1-7 新建場地對話框新建場地文件，如圖1-6。點擊“新建”按鈕，在新建場地對話框（圖1-7）中選擇場地文件要保存的位置，一般保存路徑為D：VirtualRobotScenes。在名稱欄輸入場地文件名稱，點擊確定保存，如圖1-7所示。（3）打開已有場地文件在圖1-6中點擊打開按鈕，在打場地文件對話框中選取一個已有的場地文件打開即可，如圖1-8。圖1-7 新建場地圖圖1-8 打開已有的場地圖（4）場地文件的編輯如圖1-9在障礙快捷工具欄中點擊相應(yīng)按鈕就可在場地中添加體塊、圍墻、音源、火焰和開始等對象。圖1-9 障礙快捷工具欄圖1-10 三維選擇快捷

10、工具欄（5）三維快捷工具欄中各種功能的使用導(dǎo)航功能的使用方法：進(jìn)入系統(tǒng)的初始狀態(tài)為導(dǎo)航模式，在該模式下可以在場景中進(jìn)行漫游。主要用鼠標(biāo)進(jìn)行操作，此時屏幕以對角線分為四個象限（I（左），II（上），III（右），IV（下），具體在各種位置鼠標(biāo)的操作方法如圖1-11所示按住鼠標(biāo)左鍵：在一象限為向左旋轉(zhuǎn)，在二象限為前進(jìn)，在三象限為向右旋轉(zhuǎn)，在四象限為后退。按住鼠標(biāo)右鍵：在一象限為向左平移，在二象限向上平移，在三象限為向右平移，在四象限為向下平移。按住鼠標(biāo)左右鍵：在一、三象限無效果，在二象限為向上旋轉(zhuǎn)，在四象限為向下旋轉(zhuǎn)。圖1-11 在場地中鼠標(biāo)的操作方法選擇按鈕的作用，切換到選擇實體狀態(tài)，選擇圖面上

11、的實體。移動按鈕的作用，實體在選中狀態(tài)下在圖面中移動的工具。旋轉(zhuǎn)按鈕的作用，實體在選中狀態(tài)下在圖面中旋轉(zhuǎn)的工具。刪除按鈕的作用，實體在選中狀態(tài)下在圖面中刪除的工具。視點跟隨按鈕的作用，視點與機(jī)器人實體保持固定的距離與角度。顯示路徑按鈕的作用，用紅線顯示實體所走的路徑。（6）移動實體 通過以上6個快捷鍵可以在場景中分別向前、向后、向左、向右平移實體，向左、向右旋轉(zhuǎn)實體。（7） 場地文件的關(guān)閉關(guān)閉當(dāng)前打開的場地文件（8） 場地文件的保存保存當(dāng)前打開的場地文件2、機(jī)器人模型應(yīng)用模型 （1）新建模型創(chuàng)建一個新的模型，點擊模型快捷工具欄中的 “新建”按鈕，在新建模型對話框中選擇場地文件要保存的位置，一般

12、保存路徑為D：VirtualRobotModel。在名稱欄輸入場地文件名稱，點擊確定保存。如圖1-12，但為了以后的查找和使用方便，建議把機(jī)器人模型與機(jī)器人場地放在同一個文件夾中。（2）打開模型打開一個已有模型文件?？纱蜷_保存在“D：VirtualRobotExamples初中滅火”路徑下的*.ive格式的模型文件如圖1-13。圖1-12新建模型圖1-13 打開已有模型（3）模型的編輯和參數(shù)設(shè)置模型屬性包括模型的位置、傳感器、端口以及方向，為模型屬性編輯界面。由于在程序的創(chuàng)建與編輯過程中，只能選擇傳感器的類別和端口，而不能確定傳感器在模型上的具體位置以及方向，所以需要在模型屬性編輯界面中對傳感

13、器的屬性進(jìn)一步的編輯。模型外部共有24個位置可以添加傳感器，位置的名稱構(gòu)成為I_*_*_*，第一位字母I表示輸入，第一位字母B（Back）表示車尾，F(xiàn)（front）表示車前，M（Middle）表示車身，第三位和第四位的字母分別表示L左邊、R右邊、M中間、D下部、U上部，如I_B_L_D表示位置為車尾右下角的位置，如圖3-15，具體位置有綠色圓點標(biāo)注。其他位置可依此類推。（4）模型的移動、旋轉(zhuǎn)和縮放模型的移動，點擊鼠標(biāo)右鍵不放，在模型顯示區(qū)移動鼠標(biāo)，模型便會隨之移動。模型的旋轉(zhuǎn)，點擊鼠標(biāo)左鍵不放，在模型顯示區(qū)從上到下劃過鼠標(biāo)，模型由內(nèi)向外旋轉(zhuǎn)；從下到上劃過鼠標(biāo)，模型由外向內(nèi)旋轉(zhuǎn)；從左到右劃過鼠標(biāo)

14、，模型由右向左旋轉(zhuǎn)；從右到左劃過鼠標(biāo)，模型由左向右旋轉(zhuǎn)。模型的縮放，同時點擊鼠標(biāo)左右鍵不放，在模型顯示區(qū)從上到下劃過鼠標(biāo)，模型不斷放大；從下到上劃過鼠標(biāo)，模型不斷縮小。（5）模型的關(guān)閉 關(guān)閉當(dāng)前打開的模型文件。（6） 模型的保存和另存為 保存當(dāng)前打開的模型文件或另存為一個新的*.ive格式的模型文件。三、作業(yè)1、新建一個機(jī)器人場地，并在場地添加多種障礙物、滅火點、機(jī)器人開始點，練習(xí)場地中對象的編輯操作。2、新建一個機(jī)器模型，并在機(jī)器人不同的端口設(shè)置2個光電傳感器、2個紅外傳感器、2個超聲波傳感器和2個觸碰傳感器。第二章 虛擬機(jī)器人程序設(shè)計初步學(xué)習(xí)目標(biāo)了解虛擬機(jī)器人程序的作用，熟悉程序設(shè)計界面和

15、圖形化編程的基本技巧，掌握在場景中調(diào)用和運行模型、程序的方法。了解各程序模塊的基本功能，理解和掌握移動、轉(zhuǎn)向和循環(huán)三個模塊的功能，并以此為基礎(chǔ)設(shè)計出簡單的程序。重點難點：理解和掌握移動、轉(zhuǎn)向和循環(huán)三個模塊的功能，并以并為基礎(chǔ)設(shè)計出簡單的程序?qū)W習(xí)內(nèi)容： 一、虛擬機(jī)器人程序設(shè)計的基本特點虛擬機(jī)器人與網(wǎng)絡(luò)游戲最大的不同，在于它要通過預(yù)先設(shè)定程序來自動完成各種任務(wù)。虛擬機(jī)器人程序設(shè)計方式有兩種：圖形化編程和代碼編程。圖形化編程操作較為簡便，系統(tǒng)已經(jīng)提供了各種程序模塊，并以圖標(biāo)的方式呈現(xiàn)，只需要拖動和連接這些模塊就可以完成程序的設(shè)計。同時，系統(tǒng)采用類C語言，對于一部分對C語言較為熟悉的學(xué)習(xí)者，也可以直接

16、采用C語言進(jìn)行程序設(shè)計。虛擬機(jī)器人程序設(shè)計界面包括功能圖標(biāo)設(shè)計區(qū)、圖形化編程區(qū)、代碼區(qū)、屬性欄、編譯欄等部分（如圖2-1）。圖2-1虛擬機(jī)器人的程序模塊共分成了四類：第一類是“傳感器“模塊，包括觸碰、聲音、光電、超聲波、紅外、GPS、計時器、角度計八種，傳感器模塊的主要作用是從指定的端口讀取相應(yīng)的傳感器傳回來的數(shù)據(jù)，以對環(huán)境作出判斷。第二類是“執(zhí)行”模塊，這個主要指對機(jī)器人發(fā)動機(jī)、燈光、喇叭、水槍等設(shè)備進(jìn)行控制，共包括：移動、轉(zhuǎn)化、馬達(dá)、蜂鳴器、燈光、水槍五個模塊。第三類是“流程”模塊，主要的功能是對程序的流程進(jìn)行控制，包括循環(huán)、分支判斷、暫停、繼續(xù)、退出、返回等模塊（其中有一個停止模塊，是對

17、發(fā)動機(jī)進(jìn)行控制的，似乎應(yīng)放到“執(zhí)行”類。）第四類是“數(shù)據(jù)”模塊，主要是用來對各種數(shù)據(jù)進(jìn)行定義和計算。包括代碼、注釋、數(shù)據(jù)、計算四個模塊。二、移動模塊和機(jī)器人程序的運行移動模塊的作用是對發(fā)動機(jī)進(jìn)行控制，它的屬性欄包括五項參數(shù)：前兩是指發(fā)動機(jī)的控制端口；第三個是發(fā)動機(jī)功率，范圍是從-100到100，功率的絕對值越大，其速度越快。功率大于0表示機(jī)器人向前運動；功率小于0，表示機(jī)器人向后運動。第四個是運動的方向，范圍從-180度到180度，運動方向小于0，表示向左轉(zhuǎn)、運動方向大于0，表示向右轉(zhuǎn)、方向等于0，表示向前直行。第五個是持續(xù)類型：“無限制”指機(jī)器人一直往前走，直到遇到新的控制指令， “時間”限

18、定運動的時間，“圈數(shù)”和“角度”限定發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)動圈數(shù)。例1 讓機(jī)器人前線前行5秒后停止。相關(guān)模塊：移動 操作步驟步驟一：選擇“新建”，類型選“主程序”，目錄為：D:VirtualRobotprogram，文件名：example1步驟二：選擇“執(zhí)行”里的“移動”模塊步驟三：把“移動”模塊連接到“開始”模塊的下方步驟四：持續(xù)類型選“時間”，“持續(xù)”選擇5，單位是秒步驟五：點擊“編譯”、點擊“保存”。步驟五：點擊“場景”，選擇“打開”，打開D:VirtualRobotExamples滅火小學(xué)小學(xué).sce步驟六：點擊“開始”，在場景上確定開始位置步驟七：點擊“機(jī)器人”按鈕，選擇D:VirtualRob

19、otExamples滅火小學(xué)小學(xué).ive文件，加載機(jī)器人模型。步驟八：點擊“程序”按鍵，選擇D:VirtualRobotprogramexample1.rtp文件步驟九：點擊運行，演示程序效果。三、轉(zhuǎn)向模塊和循環(huán)模塊轉(zhuǎn)向模塊的作用是讓機(jī)器人原地轉(zhuǎn)向（移動模塊也有轉(zhuǎn)向功能，但是它是在運動中轉(zhuǎn)向）。該模塊屬性里有一個“角度”參數(shù)，范圍從-180度到180度，運動方向小于0，表示向左轉(zhuǎn)、運動方向大于0，表示向右轉(zhuǎn)。例2：讓機(jī)器人走出等邊三角形（如圖2-2）。相關(guān)模塊：移動、轉(zhuǎn)向、循環(huán) 圖2-2步驟一：選擇“新建”，類型選“主程序”，目錄為：D:VirtualRobotprogram，文件名：exam

20、ple2步驟二：選擇“執(zhí)行”里的“移動”模塊步驟三：把“移動”模塊連接到“開始”模塊的下方步驟四：持續(xù)類型選“時間”，“持續(xù)”選擇5。步驟五：選擇“轉(zhuǎn)向”模塊，連接到“移動”模塊的下方，角度選120度。步驟六：依次加入“移動”、“轉(zhuǎn)向”、“移動”模塊步驟七：點擊“編譯”、點擊“保存”。步驟八：點擊“場景”，選擇“打開”，打開D:VirtualRobotExamples滅火小學(xué)小學(xué).sce步驟九：點擊“開始”，在場景上確定開始位置步驟十：點擊“機(jī)器人”按鈕，選擇D:VirtualRobotExamples滅火小學(xué)小學(xué).ive文件，加載機(jī)器人模型。步驟十一：點擊“程序”按鍵，選擇D:Virtual

21、Robotprogramexample2.rtp文件步驟十二：選擇“顯示軌跡”，點擊運行，演示程序效果。在這個例子里，等邊三角形一共走了用了三個移動模塊和三個轉(zhuǎn)化模塊，程序里有一個“循環(huán)”模塊，可以讓一部分命令重復(fù)運行。在程序界面中拉出一個循環(huán)模塊，在屬性可以看到它有四種類型：第一種是無限制的循環(huán)，指一直循環(huán)下去，直到遇到“break”跳出循環(huán)的指令為止。第二種是條件循環(huán)，符合條件繼續(xù)循環(huán)，不符合條件退出循環(huán)。第三種是按次數(shù)循環(huán)第四種是按時間循環(huán)。在剛才的例子里，類型選“次數(shù)”，參數(shù)輸入3，然后把移動和轉(zhuǎn)向模塊加入循環(huán)內(nèi)。作業(yè)：一、讓機(jī)器人走出正方形。 二、讓機(jī)器人走出五角星形（如圖2-3），

22、注：轉(zhuǎn)向角度是144度。圖2-3第三章 超聲波傳感器和觸碰傳感器的使用學(xué)習(xí)目標(biāo)1、 進(jìn)一步熟悉虛擬機(jī)器人軟件的界面和操作。2、 了解并掌握超聲波傳感器、觸碰傳感器的原理和使用。3、 掌握循環(huán)流程和分支流程定義和使用。重點難點重點：觸碰、超聲波傳感器的使用及對分支流程理解難點：了解和掌握分支流程和無限循環(huán)的原理和使用活動步驟：一、 觸碰傳感器相關(guān)模塊：移動、轉(zhuǎn)向、循環(huán)流程、分支流程、觸碰傳感器實驗內(nèi)容：消防車碰到圍墻后，倒車5秒后停車。實驗步驟：1、 打開“場地”，選擇“新建”一個場地或者“打開”一個場地。2、 在場景中利用“圍墻”模塊，建立一堵圍墻，并保存此場景為：D:VirtualRobot

23、Examples觸碰實驗觸碰.sce3、 打開“模型”，選擇“新建”，在“模型屬性”里選擇如圖3-1，在機(jī)器人的前面中部建立觸碰傳感器，端口：2，方向：前。保存此模型為：D:VirtualRobotExamples觸碰實驗觸碰.ive 圖3-14、點擊程序，選擇“新建”，類型選“主程序”，目錄為：D:VirtualRobotExamples觸碰實驗，文件名：觸碰5、選擇“執(zhí)行”里的“移動”模塊，把“移動”模塊連接到“開始”模塊的下方。6、選擇“流程”里的“循環(huán)”模塊，把“循環(huán)”模塊連接到“移動”模塊的下方。7、選擇“傳感器”里的“觸碰”模塊，把“觸碰”模塊連接到“循環(huán)”模塊的下方，并設(shè)置“觸碰

24、”模塊的端口為“2”。8、選擇“流程”里的“分支”模塊，把“分支”模塊連接到“觸碰”模塊的下方，并按圖3-2設(shè)置。圖3-29、選擇“執(zhí)行”里的“移動”模塊，把“移動”模塊連接到“開始”模塊的下方。并按圖3-3設(shè)置。圖3-310、點擊“編譯”、點擊“保存”。11、點擊“場景”，點擊“開始”，在墻壁前方設(shè)置開始點。12、點擊“機(jī)器人控制”，點擊“機(jī)器人”，選擇D:VirtualRobotExamples觸碰實驗觸碰.ive模型。13、點擊“機(jī)器人控制”，點擊“程序”，選擇D:VirtualRobotExamples觸碰實驗觸碰.rbt程序。14、點擊“機(jī)器人控制”，點擊“啟動”演示程序效果。二、

25、超聲波傳感器相關(guān)模塊：移動、轉(zhuǎn)向、循環(huán)流程、分支流程、超聲波傳感器實驗內(nèi)容：消防車在距離墻壁15處，倒車5秒后停車。實驗步驟：1、 打開“場地”，選擇“新建”一個場地或者“打開”一個場地。2、 在場景中利用“圍墻”模塊，建立一堵圍墻，并保存此場景為：D:VirtualRobotExamples超聲波實驗超聲波.sce3、 打開“模型”，選擇“新建”，在“模型屬性”里選擇如圖3-4，在機(jī)器人的前面中部建立觸碰傳感器，端口：3，方向：前。保存此模型為：D:VirtualRobotExamples超聲波實驗超聲波.ive 圖3-44、點擊程序，選擇“新建”，類型選“主程序”，目錄為：D:Virtua

26、lRobotExamples超聲波實驗，文件名：超聲波5、選擇“執(zhí)行”里的“移動”模塊，把“移動”模塊連接到“開始”模塊的下方。6、選擇“流程”里的“循環(huán)”模塊，把“循環(huán)”模塊連接到“移動”模塊的下方。7、選擇“傳感器”里的“超聲波”模塊，把“超聲波”模塊連接到“循環(huán)”模塊的下方，并設(shè)置“超聲波”模塊的端口為“3”。8、選擇“流程”里的“分支”模塊，把“分支”模塊連接到“超聲波”模塊的下方，并按圖3-5設(shè)置。圖3-59、選擇“執(zhí)行”里的“移動”模塊，把“移動”模塊連接到“開始”模塊的下方。并按圖3-6設(shè)置。圖3-610、點擊“編譯”、點擊“保存”。11、點擊“場景”，點擊“開始”，在墻壁前方設(shè)

27、置開始點。12、點擊“機(jī)器人控制”，點擊“機(jī)器人”，選擇D:VirtualRobotExamples超聲波實驗超聲波.ive 模型。13、點擊“機(jī)器人控制”，點擊“程序”，選擇D:VirtualRobotExamples超聲波實驗.rbt 程序。14、點擊“機(jī)器人控制”，點擊“啟動”演示程序效果。第四章 紅外傳感器和光電傳感器的使用學(xué)習(xí)目標(biāo)1、掌握光電傳感器、紅外傳感器和水槍的運用。2、掌握變量和表達(dá)式的概念，并能在程序中定義變量和建立表達(dá)式。3、進(jìn)一步鞏固循環(huán)和條件分支的運用。重點和難點 1、重點：光電傳感器和紅外傳感器的運用。2、難點：如何根據(jù)左右兩個光電傳感器的返回值來調(diào)整路線，使機(jī)器人

28、始終沿白線前進(jìn)；機(jī)器人只有與火源足夠近才能滅火，判斷機(jī)器人與火源足夠近的依據(jù)是左右兩個紅外傳感器的返回值是否近似。學(xué)習(xí)內(nèi)容一、巡線（一）相關(guān)模塊：移動、轉(zhuǎn)向、循環(huán)流程、分支流程、光電傳感器（二）操作步驟：1、打開“場地”，選擇“新建”一個有白線和“開始”點的場地，并“保存”，或者“打開”一個有白線和“開始”點的場地。2、打開“模型”，選擇“新建”，在“模型屬性”里選擇如圖4-1，在機(jī)器人的前面左右兩邊的下方建立光電傳感器，端口分別是4、5，“保存”。 圖4-13、打開“程序”，選擇“新建” ，程序類型選“主程序”，“文件目錄”和“新建程序的名稱”的建立，與前幾節(jié)建立程序的方法一致。4、添加“移

29、動”模塊在“開始”模塊下，參數(shù)按默認(rèn)的即可。5、添加“循環(huán)”流程模塊，參數(shù)選“無限循環(huán)”。6、添加兩個“光電傳感器”模塊，端口分別選“4”、“5”。7、添加“分支”流程模塊，如圖4-2設(shè)定參數(shù)。 圖4-28、分別在第7步的“分支”流程模塊下并列添加兩個分支流程，見圖4-8。兩個的“分支”流程模塊的參數(shù)設(shè)置都一樣，如圖4-3。 圖4-39、如圖4-8在左“流程”分支下分別添加“轉(zhuǎn)向”模塊（分支1）和“移動”模塊（分支2），“轉(zhuǎn)向”模塊參數(shù)設(shè)置見圖4-4，“移動”模塊參數(shù)設(shè)置見圖4-5。 圖4-4 圖4-510、如圖4-8在右“流程”分支下分別添加兩個“移動”模塊，左邊的“移動”模塊（分支3）的參

30、數(shù)設(shè)置如圖4-6，右邊的“移動”模塊（分支4）的參數(shù)設(shè)置如圖4-7。 圖4-6 圖4-711、程序建立完畢，點擊“保存”，然后點擊“編譯”。12、打開“場地”，添加“機(jī)器人”和“程序”，然后運行調(diào)試。4123圖4-8二、滅火（一）相關(guān)模塊：移動、循環(huán)流程、分支流程、紅外傳感器、水槍、停機(jī)、break、變量、計算（二）操作步驟：1、打開“場地”，選擇“新建”一個有火源和“開始”點的場地，并“保存”，或者“打開”一個已建有火源和“開始”點的場地。2、打開“模型”，選擇“新建”，在“模型屬性”里選擇如圖4-9，在機(jī)器人的左前、右前的上方建立紅外傳感器，端口分別是7、8，“保存”。 圖4-93、打開“

31、程序”，選擇“新建” ，程序類型選“主程序”，“文件目錄”和“新建程序的名稱”的建立，與前幾節(jié)建立程序的方法一致。4、添加“移動”模塊在“開始”模塊下，參數(shù)按默認(rèn)的即可。5、添加“循環(huán)”流程模塊，參數(shù)選“無限循環(huán)”。6、添加兩個“紅外傳感器”模塊，端口分別選“7”、“8”。7、添加“分支”流程模塊，如圖4-10設(shè)定參數(shù)。8、如圖4-15在左分支流程上添加一個“變量”模塊，定義一個變量為int（整型），參數(shù)設(shè)置如圖-11。 圖4-10 圖4-119、在“變量”模塊下添加“計算”模塊，點擊參數(shù)設(shè)置“計算”右邊空白列如圖4-12，將出現(xiàn)，點擊它將出現(xiàn)一個計算器如圖4-13，通過點擊上面的鍵，建立表達(dá)

32、式：mVar_1=abs(iInfrared_2-iInfrared_1)。說明：mVar_1、iInfrared_1和iInfrared_2都是變量，可以在計算器下方Variable右邊的下拉菜單選擇；Abs是絕對值函數(shù)，可對它后面的括號內(nèi)的數(shù)取絕對值。 圖4-12圖4-1310、在“計算”模塊下再添加一個“分支”流程模塊，參數(shù)設(shè)置如圖4-14。 圖4-1411、如圖4-15，在分支模塊下添加一個“停機(jī)”、一個“水槍”和一個“break”模塊，不必設(shè)置任何參數(shù)。12、程序建立完畢，點擊“保存”，然后點擊“編譯”。13、打開“場地”，添加“機(jī)器人”和“程序”，然后運行調(diào)試。圖4-15第五章 機(jī)

33、器人滅火程序分析教學(xué)目標(biāo)掌握3D仿真虛擬機(jī)器人平臺各部分的綜合使用、機(jī)器人程序的編寫，掌握機(jī)器人越障，巡線，滅火的基本原理及各功能程序在整個程序里的作用、判斷，循環(huán)語句的熟練使用。教學(xué)重點和難點1、教學(xué)重點：機(jī)器人巡白線、機(jī)器人越障礙物、機(jī)器人滅火。2、教學(xué)難點：掌握各傳感器參數(shù)設(shè)置以達(dá)到巡線、繞障、滅火的工作原理。教學(xué)過程二、 2009年廣州市3D仿真虛擬機(jī)器人大賽小學(xué)組場景展示小學(xué)組大賽場景，讓大家了解機(jī)器人所需要完成的任務(wù)，在展示任務(wù)的同時提出問題，引導(dǎo)大家分析機(jī)器人需要完成的任務(wù)。（一）場景里面的任務(wù)是什么？在本程序中，我們的任務(wù)是要讓機(jī)器人跟著白線走，當(dāng)發(fā)現(xiàn)障礙物的時候，要想方法繞過

34、障礙物，如果遇到火源，需要將火撲滅。（二）比賽的成績計算目前的計算方法：完成任務(wù)的前提下，完成任務(wù)的時間越短為優(yōu)勝，按完成任務(wù)的時間最短排序。（三）結(jié)論：首先是想辦法完成任務(wù)；其次是想盡可用的辦法，縮短完成任務(wù)的時間。二、任務(wù)的完成（一）巡線（如圖1）巡線任務(wù)是機(jī)器人首先要完成的任務(wù)，此任務(wù)貫穿于整個滅火的過程。1、光電傳感器本程序要用到兩個光電傳感器：分別設(shè)置在機(jī)器人的前左下和前右下(iLight_1和iLight_2)；兩個光電傳感器的端口設(shè)置為1、2；光電傳感器返回值大于20即為發(fā)現(xiàn)白線。2、光電傳感器的程序本巡線程序需要對兩個光電傳感器分別進(jìn)行假設(shè)，分析機(jī)器人的五種狀態(tài)：十字路口、左輪

35、壓線、右輪壓線、兩輪夾線、出線五種情況。并讓程序在這五種情況下分別作出處理動作。3、機(jī)器人的起點設(shè)置機(jī)器人的起點位置必須設(shè)置在白線中，讓至少其中一個光電傳感器(或兩個傳感器)壓線，機(jī)器人調(diào)用巡線運動。圖1 巡線（二）機(jī)器人繞障（如圖2）1本程序用一個超聲波傳感器放置于機(jī)器人正前正中的位置(iDist_1)，端口設(shè)置為32超聲波傳感器程序超聲波傳感器最遠(yuǎn)感應(yīng)距離為20；故在機(jī)器人運動過程中，不斷地對機(jī)器人的前方是否有障礙物進(jìn)行判斷。3有障礙物時機(jī)器人的反應(yīng)在機(jī)器人遇到障礙物的時候，機(jī)器人必須作出處理：旋轉(zhuǎn)->直走->旋轉(zhuǎn)->直走->旋轉(zhuǎn)->直走->旋轉(zhuǎn)->

36、;巡線運動圖2 4需要注意的問題在機(jī)器人旋轉(zhuǎn)時的方向、機(jī)器人旋轉(zhuǎn)后所走的距離要保證能越過障礙物、要確保機(jī)器人越障后能回歸到白線繼續(xù)執(zhí)行巡線的運動。（三）機(jī)器人滅火（如圖3）（1）紅外傳感器：本程序中用到2個紅外傳感器，分別放置于機(jī)器人的前左上和前右上位置。(iInfrared_1、iInfrared_2)端口分別為4、5（2）紅外傳感器的程序： 通過對其中一個紅外傳感器進(jìn)行判斷，如果發(fā)現(xiàn)火源，即進(jìn)行比較：比較兩個紅外傳感器差的絕對值。如果絕對值小于某一設(shè)定的值，即說明消防水槍離火源的距離和角度準(zhǔn)確，能滅火。否則能發(fā)現(xiàn)火源不能滅火。（3）機(jī)器人發(fā)現(xiàn)火源的反應(yīng)比較兩個紅外傳感器的差值絕對值。比較后

37、判斷是否停車，滅火。圖3 （4）需要注意的問題機(jī)器人與火源的距離必須足夠近，水槍才能將火撲滅；滅火后要跳出循環(huán)讓全部成效停止運動。三、作業(yè)1、機(jī)器人遇到障礙物的時候，請用“移動”模塊繞過障礙物。2、動手實現(xiàn)一個障礙物、一個火源的機(jī)器人滅火程序，要求盡可能短的時間完成滅火任務(wù)。附上機(jī)操作步驟點擊“場景”標(biāo)簽，選擇“打開”按鈕，在打開的文件導(dǎo)航里面，選擇虛擬機(jī)器人軟件安裝所在的目錄下面的“Scenes”“廣州市賽”“小學(xué)”“小學(xué).sce”場景。機(jī)器人模型的建立：1. 點擊“場景”標(biāo)簽，選擇“打開”按鈕，在打開的文件導(dǎo)航里面，選擇“廣州市賽”小學(xué)場景。2. 點擊“模型”標(biāo)簽，點擊“新建”，在機(jī)器人模

38、型中，找到“I_F_L_D”，在傳感器欄目選擇“光電”，端口選擇為“1”，方向設(shè)置為“下”。3. 在機(jī)器人模型中，找到“I_F_R_D”，在傳感器欄目選擇“光電”，端口選擇為“2”，方向設(shè)置為“下”。4. 在機(jī)器人模型中，找到“I_F_M_M”，在傳感器欄目選擇“超聲波”，端口選擇為“3”，方向設(shè)置為“前”。5. 在機(jī)器人模型中，找到“I_F_L_U”，在傳感器欄目選擇“紅外”，端口選擇為“4”，方向設(shè)置為“左前”。6. 在機(jī)器人模型中，找到“I_F_R_U”，在傳感器欄目選擇“紅外”，端口選擇為“5”，方向設(shè)置為“右前”。7. 點擊“保存”，將機(jī)器人模型命名為“小學(xué)滅火”，保存于自己的文件夾

39、中。機(jī)器人程序的設(shè)置：1. 點擊“程序”標(biāo)簽，選擇“新建”，在彈出的對話框中，選擇你要保存程序的文件夾。給程序起名為“小學(xué)滅火程序”2. 點擊“執(zhí)行”，在“執(zhí)行”里面選擇“移動”，將鼠標(biāo)放置于圖形化編程界面區(qū)，將“移動”模塊連接于“START”的下方紅色小點處；3. 點擊“流程”，在“流程”里面選擇“循環(huán)”，連接于“移動”模塊下面的小紅色點處；4. 點擊“傳感器”，在“傳感器”里面選擇“超聲波傳感器”，連接于“循環(huán)”下方的小紅點處；在右上角“屬性”欄目里面，在端口下拉中選擇“3”以下是設(shè)置繞障的步驟：5. 點擊“流程”，在“流程”里面選擇“分支”，連接于“超聲波傳感器”模塊下面的小紅色點處；在

40、右上角“屬性”欄目里面，變量下拉菜單選擇“iDist_1”，比較類型選擇“<”，比較值填“12”6. 點擊“執(zhí)行”，在“執(zhí)行”里面選擇“旋轉(zhuǎn)”，連接于“分支”的左邊，在右上角“屬性”欄目里面，設(shè)置角度為“-90”7. 點擊“執(zhí)行”，在“執(zhí)行”里面選擇“移動”，連接于“旋轉(zhuǎn)”下邊的小紅點處，在右上角的屬性欄里設(shè)置“持續(xù)類型”為“時間”，在下面的“持續(xù)”填寫“2”8. 點擊“執(zhí)行”，在“執(zhí)行”里面選擇“旋轉(zhuǎn)”，連接于“移動”下邊的小紅色點處，在右上角“屬性”欄目里面，設(shè)置角度為“90”9. 點擊“執(zhí)行”，在“執(zhí)行”里面選擇“移動”，連接于“旋轉(zhuǎn)”下邊的小紅點處，在右上角的屬性欄里設(shè)置“持續(xù)類型”為“時間”，在下面的“持續(xù)”填寫“4”10. 點擊“執(zhí)行”，在“執(zhí)行”里面選擇“旋轉(zhuǎn)”，連接于“移動”下邊的小紅色點處，在右上角“屬性”欄目里面，設(shè)置角度為“90”11. 點擊“執(zhí)行”，在“執(zhí)行”里面選擇“移動”，連接于“旋轉(zhuǎn)”下邊的小紅點處，在右上角的屬性欄里設(shè)置“持續(xù)類型”為“時間”，在下面的“持續(xù)”填寫“2”12. 點擊“執(zhí)行”，在“執(zhí)行”里面選擇“旋轉(zhuǎn)”，連接于“移動”下邊的小紅色點處