能力風暴機器人仿真系統(tǒng)備課教案_圖文

1、第一課初識機器人一、教學目標幫助學生了解機器人的由來二、重點難點使學生理解機器人是靠什么來思考三、教學過程:第一課時機器人的故事新課導入“robot”一詞源出自捷克語“robota”,意為“強迫勞動”。1920年捷克斯洛伐克作家薩佩克寫了一個名為洛桑萬能機器人公司的劇本,他把在洛桑萬能機器人公司生產勞動的那些家伙取名“Robot”,漢語音譯為“羅伯特”,捷克語意為“奴隸”薩佩克把機器人的地位確定為只管埋頭干活、任由人類壓榨的奴隸,它們存在的價值只是服務于人類。它們沒有思維能力,不能思考,只是類似人的機器,很能干, 以便使人擺脫勞作。它們能生存20年,剛生產出來時由人教它們知識。它們不能思考,也

2、有感情,一個人能干三個人的活,公司為此生意興隆。后來一個極其偶然的原因,機器人開始有了知覺,它們不堪忍受人類的統(tǒng)治,做人類的奴隸,于是,機器人向人類發(fā)動攻擊,最后徹底毀滅了人類?！皺C器人”的名字也正式由此而生。新課講授 明天的高級智能機器人將比今天的智能機器人具有更豐富的感覺功能Array和更熟練的活動能力。到那時,家庭里將有服務周到、態(tài)度和藹可親的家庭機器人。早晨,主人吃過早點上班以后,它立即用吸塵器清的房間,用洗衣機洗滌(dí主人換下的衣服。電話鈴響了,它馬上拿起耳機,在一張便條上記下對話內容?！巴邸睋u籃里的嬰兒醒了,它又像慈祥的母親一樣抱起嬰兒,喂水、喂奶,輕聲哼(hng起一支

3、優(yōu)美動聽的催眠曲,把嬰兒再一次送入夢鄉(xiāng)。門鈴響了,它并不急于開門,而首先問來訪者是誰,然后根據來訪者的聲音仔細辨別他是不是主人的客人,以此決定是否開門。即使是盜賊的恐嚇,它也不會害怕,而是聲色俱厲地高喊:“快走,你這個無賴(lài!再不走,我要報警了!”盜賊聽到這喊聲,只好膽戰(zhàn)心驚地走開。做午餐的鈴聲響了, 它走進廚房,熟練地烤面包、炸牛排,為主人準備可口的飯菜。門鈴又響了,一聽那熟悉的聲音,它就知道是主人下班回來了,馬上開門迎接你到火車站去買票,迎接你的不再是售票員阿姨,而是一個態(tài)度熱情、說話和氣的機器人。不論你問站名、票價,還是問開車和到站時間,它都對答如流,使你對它驚人的記憶力

4、不得不發(fā)出贊嘆。你走進工廠,會看到有許多機器人正在代替工人勞動。在機械加工車間,機器人在機床中間來回走動,一個機器人能管理十幾臺機床。加工完的產品也是由機器人進行檢驗的,并且由機器人組裝、包裝出廠。假如你走進汽車總裝車間,你會流連忘返。在這里,機器人正聚精會神地工作著,它們一面看裝配圖,一面準確地尋找零配件,并迅速地把它們裝配起來,其熟練程度,即使最熟練的工人,也會自愧不如。對于一些不適宜人類從事的勞動,比如高溫、高壓、有毒的作業(yè),機器人更可以大顯身手。機器人還能代替人們進行飛機試飛、高速艦船試航、深?？?kn查、撲滅烈火等活動,而不必再由人們去冒險。第二課時認識我們的朋友-能力風暴一、教學目

5、標幫助學生了解vjc機器人的組成部件及工作原理二、重點難點使學生了解機器人基本的工作原理三、教學過程:新課導入2001年4月22日,美國三一學院武士廷體育館(Oosting Gymnasium即熱鬧又緊張,一場激烈的“國際機器人滅火比賽”(Fire Fighting Home Robot Contest正在這里舉行。上午11時,中學組的比賽格外激烈,上海西南位育中學杜爾斌名為“中國風暴”的機器人,首輪比賽以六秒鐘的成績將一只蠟燭模擬的大火撲滅,令世界其它國家的隊員感到驚訝。而其他三名來自中國大陸的參賽者(其中最小的一位僅11歲,也個個靈活機智、沉著應戰(zhàn),最后都獲得了非常好的成績。杜爾斌在第一輪

6、失利后,冷靜調整控制程序,最后以2.9秒的成績,得到高中組冠軍。同時上海明珠中學的周覓源與李般若的“滅火娃娃”則以22.56秒的成績獲得初中組第一名;上海第二高級中學的顧成哲在指導老師不能陪同前來的情況下,孤軍作戰(zhàn),指揮“UFO”,以95.62秒的成績獲得了該組第二名,令年齡比他大,個頭比他高的洋哥哥與洋姐姐們甘拜下風。這是去年在美國舉行的世界機器人滅火比賽的情形,中國學生采用的機器人平臺是廣茂達的機器人專家研制的能力風暴智能機器人,這種全球領先的平臺使中國學生如虎添翼。新課講授:機器人是靠什么來思考呢?通常我們說電腦是會思考的,它會下棋,會唱歌,它越來越多的在社會的各個領域充當人的角 色。而

7、機器人“思考”同電腦“思考”的道理是一樣的,在它的體內有一個簡化的“電腦”,這個“電腦”控制著機器人的一舉一動。其實電腦以及機器人它們并不會什么真正意義上的思考,他們的思考能力完全來自于程序。程序是由一些指令組成的,它告訴機器人應該在什么時侯干什么。程序是由特定的編程工具生成的,我們最常見的VC 、VB 都是一種編程工具,編程工具的優(yōu)劣決定著程序的好壞,而程序的好壞又影響著機器人的智能程度,因此一個好的編程工具對于機器人是否聰明起著極其重要的作用。SVJC 又叫能力風暴智能機器人仿真系統(tǒng),它是為能力風暴定制的編程工具。如下圖所示圖1-1主界面SVJC 采用直觀的流程圖編程,能夠讓用戶在編寫機器

8、人程序中快捷的發(fā)揮出驚人的創(chuàng)造力。并且SVJC 操作簡便,有活潑明快的圖案和簡短的文字說明,用戶點擊移動能力風暴智能機器人專 用的圖形模塊由頂向下搭建流程圖,搭建流程圖的同時,動態(tài)生成無語法錯誤的JC 代碼。流程圖搭建完畢,程序也就編寫完成。SVJC 還擁有一個功能強大的系統(tǒng)仿真模塊,可以創(chuàng)建和真實的能力風暴功能相當的虛擬能力風暴智能機器人,這樣就可以在不必涉及硬件的情況下進行編程,可以在計算機上完成對比賽場景的模擬以及對所編寫的程序的演示,系統(tǒng)仿真模塊如下圖。圖1-2系統(tǒng)仿真界面系統(tǒng)仿真顧名思義就是將實際的活動或過程來利用計算機等技術進行模擬和實現,是一種模型方法研究的學科,其應用涵蓋社會各

9、個領域,主要通過仿真軟件來體現的。它充分吸收了仿真方法學、計算機、網絡、圖形、圖象、多媒體、軟件工程、自動控制、人工智能和系統(tǒng)工程領域的新成果,從而獲得了飛速發(fā)展。圖1-3 是能力風暴系統(tǒng)仿真在模擬一個能力風暴機器人的簡單運動,圓的東西是能力風暴機器人,它正在一個平坦的地面上行駛,前面是一個長條型的障礙物?？梢钥吹侥芰︼L暴機器人在以固定的速度奔跑著,在遇到障礙物時減速然后向一邊轉彎。整個過程的表現與在現實條件下的過程幾乎一模一樣,這就是我們所說的仿真,它將現實中的能力風暴機器人用軟件中虛擬的機器人所代替,當然這個虛擬的能力風暴機器人也具有現實中機器人的大部分主要的特性如紅外傳感器、碰撞傳感器以

10、及按一定的速度跑動等。同時也將現實中障礙物用一個長方形代替,現實中的地面就是屏幕中間那塊黑色的活動區(qū)。 圖1-3仿真環(huán)境界面位于能力風暴“心臟”部位的控制部件是能力風暴的大腦 主板,如圖所示,它由很多電子元器件組成,跟人的大腦一樣,它在控制“肌體”運動時,要完成接收信息、處理信息、發(fā)出指令等一系列過程。能力風暴的大腦有記憶功能,這主要由主板上的內存來實現,至于“大腦”的分析、判斷、決斷功能則由主板上的眾多芯片共同完成。感覺器官對于人來說非常重要,比如人的眼睛、耳朵、皮膚等,如果沒有的這些感覺器官人將變?yōu)橐粋€廢物。同樣能力風暴機器人的感覺器官也是用來同環(huán)境進行交流的,他們大多是一些被稱之為傳感器

11、的東西,如下圖,能力風暴上常用到的傳感器有以下4種:1.碰撞傳感器能力風暴機器人的皮膚因為能力風暴機器人通常情況下都是向前走動,所以我們在它的正面下部放了3個碰撞傳感器(有的是4個,因為能力風暴機器人有不同的型號,這里我們介紹的是AS-Infom系列,分別在正前方、左前方和右前方,在后方也放置一個碰撞塊是為了防止意外事件的發(fā)生,確保能力風暴機器 人的正常活動。2. 紅外傳感器能力風暴機器人的眼睛能力風暴機器人的“眼睛”紅外傳感器能夠和人眼一樣,在看見前方的障礙物后,通知“大腦”然后避開。紅外傳感器共包含兩種器件:紅外發(fā)射管和紅外接收管,看圖1-4就可以發(fā)現紅外接收管位于能力風暴機器人的正前方,

12、兩只紅外發(fā)射管位于紅外接收管的兩側,他們共同組成了能力風暴機器人的“眼睛”。 局部放大微動開關右紅外 發(fā)射左光敏 傳感器紅外接收右光敏 傳感器碰撞按鍵左碰撞按鈕前碰撞按鍵右碰撞按鈕地面檢測 傳感器 左紅外 發(fā)射 圖 1-4 能力風暴的傳感器發(fā)出紅外線圖1-5紅外傳感器原理圖如圖1-5紅外發(fā)射管發(fā)出紅外線,紅外線在遇到障礙后被反射回來,紅外接收管接收到被反射回來的紅外線以后,發(fā)出電信號給能力風暴的“大腦”!這樣機器人就“看見”東西了。人的眼睛有時發(fā)現不了太小、太近或太遠的東西,這是因為人眼是有一定的可視范圍的,能力風暴機器人的“眼睛”也一樣。能力風暴機器人的“眼睛”的能夠看到前方10cm 80c

13、m ,90°范圍內的比210mmx150mm面積大的障礙物,如果障礙物太小太細、或者在它的可視范圍以外,它可就沒法看到了。在能力風暴機器人的可視范圍內,它的可視距離是可以調整的。3.地面探測傳感器能力風暴機器人的第三只眼睛能力風暴機器人還有第三只眼睛,如果說前兩只眼睛起到探知外界環(huán)境以躲避外界障礙的作用,那么這第三只眼睛就是利用外界(地面環(huán)境提供的不同信息(亮度,按照您的指示(如:沿地面上黑色線條前進,執(zhí)行相應的動作。地面檢測傳感器可以探測到地面各個位置的不同顏色和不同亮度,它由一個發(fā)光管和一個光敏電阻組成。我們以黑白兩種顏色的地面為例,能力風暴在進行地面檢測時,首先由發(fā)光管發(fā)出光線

14、,然后光敏電阻就可以檢測地面反射回來的光線的強度,我們知道黑、白兩種顏色反射光的能力不一樣,白色地面反射的光線多,而黑色地面反射的光線少,這樣當光敏電阻檢測到反射光的強弱時就將信息發(fā)回給“大腦”,大腦就可以根據這個信息判斷出檢測到的地面是黑色的還是白色的,機器人就可以沿著地面上黑色的線條前進了。4.光敏傳感器能力風暴機器人的感光細胞 和人一樣,能力風暴機器人也能夠知道它所處環(huán)境范圍內光線的強弱,它的感光細胞光敏傳感器是由兩個光敏電阻組成,它位于機器人的正前方。光敏傳感器將光線的強度轉變成可以表示的數字,這樣能力風暴就可以判斷周圍光線的強度。通常光敏傳感器的返回的數值與周圍環(huán)境光線的強度成反比,

15、比如光敏傳感器返回的值為152和100,則可以知道返回152所在的環(huán)境要比返回100所在的環(huán)境暗。能力風暴機器人活動器官是執(zhí)行具體功能如說話、行走、眨眼等時所要用到的部件,如圖1-6能力風暴執(zhí)行部分所示,能力風暴機器人的執(zhí)行部分共有以下五種:右眼左眼LCD輪子揚聲器圖1-6能力風暴活動器官1.揚聲器能力風暴機器人的嘴遠古的人類最先通過手勢來表達自己的情感、意愿,當“語言”通過聲音這種形式表達出來后,交流變得如此簡單。能力風暴機器人也可以說話,它的嘴就是揚聲器。當然現在還不能讓能力風暴機器人的嘴講“人話”,揚聲器只能發(fā)出一定頻率的聲音,比如音樂和旋律等。2.LCD能力風暴機器人的特殊表達方式人類

16、會因為各種原因發(fā)不出聲音來,不能通過聲音語言來交流,這時候我們會借助手勢或是文字來交流,能力風暴機器人則利用一種特殊的表達方式來表達自己,這種方式就是液晶顯示屏,簡稱LCD。能力風暴機器人上的LCD顯示可以顯示除中文外的各種字符,這樣它就可以跟你交流起來,告訴你它遇到了什么,正在做什么或是想干什么?別小看這些信息,在你調試程序時它們非常有用。3.輪子能力風暴機器人的腳能力風暴的輪子一共有四只,兩只主動輪,兩只從動輪,主動輪帶動整個能力風暴機器人運動,從動輪起到平衡和導向的作用,在四只輪子的共同配合下能力風暴機器人能夠完成向前直走,向后倒退,左轉,右轉,原地打轉等這些平地上的技術動作。4.直流電

17、機能力風暴機器人的肌肉在能力風暴機器人上有兩個直流電機,它在機器人輪子的上部,它可以將電池提供的電能轉化為動能,讓機器人可以利用電能動起來。直流電機通過調節(jié)不同的速度,可以實現機器人隨心所欲的走快和走慢。 5.眼睛能力風暴的表達情緒的窗口在能力風暴機器人運行時,這對眼睛可以發(fā)光,根據您的要求作出各種不同顏色的變幻效果。A、虛擬能力風暴的“大腦”虛擬的能力風暴只不過是一個軟件虛擬的東西,所以它的大腦就是計算機本身,計算機的一切資源和智慧它都可以用。它的思考的能力來自程序,因此你為虛擬能力風暴編制的程序將決定它是否聰明。B、虛擬能力風暴的感覺器官1、碰撞傳感器虛擬能力風暴機器人的皮膚虛擬能力風暴機

18、器人的虛擬碰撞傳感器具備了真實能力風暴的相同的碰撞檢測功能,可以檢測前、后、左、右的碰撞。在SVJC中碰撞檢測是通過模塊實現的。在仿真環(huán)境中障礙物是如下圖方式產生的,虛擬能力風暴也只能檢測到由這些長方形和圓形構成的障礙物。 2、紅外傳感器虛擬能力風暴機器人的眼睛虛擬能力風暴機器人的“眼睛”和真實能力風暴的“眼睛”一樣,能看見前、左、右的障礙物。同樣它也有一定的可視范圍,可以通過調節(jié)兩只眼睛的可視范圍來增加虛擬機器人看的范圍和清晰度。在SVJC中紅外檢測是通過模塊實現的。在仿真環(huán)境中帶有“眼睛”虛擬能力風暴如下圖所示: 虛擬能力風暴有2只紅外傳感器:每只探測距離10厘米80厘米;探測角度60&#

19、176;。2、地面探測傳感器虛擬能力風暴機器人的第三只眼睛虛擬能力風暴機器的虛擬地面探測傳感器,雖然還沒有真實的能力風暴的探測的地面條件范圍廣,但功能也很強大。在SVJC中地面檢測是通過模塊實現的。虛擬能力風暴機器人的虛擬地面探測傳感器可以探測彩色色帶構成的地面,系統(tǒng)默認的是黑色地面,地面的添加如下圖,點擊“添加圖帶”選項后面的“矩形”和“圓形”即可添加矩形或圓形地面。虛擬能力風暴有1只地面?zhèn)鞲衅?探測范圍0255(0為白色、255為黑色3、光敏傳感器虛擬能力風暴機器人的感光器官和真實能力風暴一樣,虛擬能力風暴機器人也能夠知道它所處環(huán)境范圍內光線的強弱,它的感光器官虛擬光敏傳感器,雖然看不到,

20、但也位于虛擬能力風暴機器人的正前方。在SVJC中光線的檢測是通過模塊實現的。虛擬光敏傳感器能夠探測光線,它探測到光線強弱的值不僅可以用作判斷的變量,而且也可以在虛擬LCD上顯示出來。虛擬能力風暴有2只光敏傳感器,探測范圍0255(0為高亮區(qū)域、255為無光區(qū)域。B、虛擬能力風暴的活動器官1、揚聲器虛擬能力風暴機器人的嘴虛擬能力風暴用的是電腦的揚聲器,與真實的能力風暴的差不多,但聲音動聽的多。2、LCD虛擬能力風暴機器人的特殊表達方式虛擬能力風暴擁有與真實能力風暴功能完全相同的虛擬 LCD,虛擬LCD如下圖所示。虛擬能力風暴機器人上的LCD顯示也可以顯示除中文外的各種字符,可以更方便的跟你交流。

21、可以顯示你所要顯示的信息,可以顯示變量的值等。3、虛擬能力風暴機器人的腳虛擬能力風暴完全可以模擬真實的能力風暴的各種跑動。能夠完成向前直走,向后轉彎,左轉, 右轉,原地打轉這些平地上的動作;而且同樣可以實現快走慢走的變速功能,隨心所欲。4、眼睛虛擬能力風暴迷人的眼睛與真實能力風暴機器人一樣,在運動時這對眼睛可以發(fā)光,可以根據您的程序作出各種變幻效果! 三、課堂練習:你能說出真實能力風暴和虛擬能力風暴的區(qū)別嗎?分別說出虛擬能力風暴的“眼”、“嘴”、“腳”等功能在程序中是由那些程序模塊實現的?四、教后記:人類已進入信息時代,以計算機和機器人為核心的現代信息技術的不斷發(fā)展,正在越來越深刻地改變著我們

22、的生活、工作和學習方式。信息技術教師的任務是成為學生學習的促進者和指導者,幫助學生掌握運用信息技術資源的本領第二課認識SVJC一、教學目標幫助學生了解vjc的系統(tǒng)界面教會學生使用“直行”和“轉向”兩個程序模塊二、重點難點使學生了解“程序”的概念三、教學過程:第一課時簡介紹SVJC的運行環(huán)境新課導入教師簡單介紹SVJC運行環(huán)境 軟件環(huán)境:能力風暴仿真系統(tǒng)SVJC適合在Windows98、Windows ME、Windows NT workstation 、Windows NT server 、Windows 2000 Professional、Windows 2000 Server、Window

23、s 2000 advanced server、Windows Xp等操作系統(tǒng)中使用。硬件環(huán)境:對于能力風暴仿真系統(tǒng),PC 機、小型機、工作站、服務器等,它們的內存應在64M 以上。 新課講授一個小例子下面我們來舉一個例子說明能力風暴仿真系統(tǒng)SVJC 的用法。A 、打開SVJC ,編輯界面如圖所示,在工具欄上點擊“新建”按紐建立一個新的工程; 圖2-1新建B 、選擇左邊的“轉向”模塊將其拖到右邊的編輯界面,放在“主程序”模塊的下方,如圖所示;注意在“主程序”模塊和“轉向”模塊之間會有一個箭頭連接,如果沒有說明“轉向”模塊無效。如果是這樣你用鼠標左鍵點一下“轉向”模塊即可選中并拖動,放在“主程序”

24、模塊的下面,直到“主程序”和“轉向”模塊之間出現一個連接的箭頭即可。 圖2-2轉向C 、鼠標在“轉向”模塊上點擊右鍵將出現下面窗口;這里可以設置機器人轉向的一些參數,“速度”是設置機器人轉向的速度,“左轉”和“右轉”是設置機器人轉向的方向,如下圖則是使機器人以速度80向右轉;“時間”是設置機器人轉向動作的持續(xù)時間,以秒為單位;下圖設置是使機器人以速度80向右轉5秒鐘。設置好后點擊“確定”按紐退出模塊設置界面。 圖2-3設置轉向模塊D、在菜單的“工具”欄中找到“仿真當前程序(S”并單擊。 圖2-4進入仿真系統(tǒng)E、將會出現下面界面,這是進入仿真環(huán)境初始界面,這里我們選擇“新建環(huán)境”。 圖2-5新建

25、環(huán)境文件F、進入仿真界面,左下角的虛擬能力風暴機器人上單擊鼠標左鍵,將虛擬機器人拖動到如圖所示的地方再單擊一下鼠標左鍵則可將虛擬機器人放在鼠標現在所載的位置。機器人在放下后將按照程序執(zhí)行,將向右旋轉5秒種。 圖2-6虛擬能力風暴G 、點擊界面左上角的“退出”按紐將退出仿真環(huán)境。第二課時 認識程序編輯界面選擇編寫流程圖程序,就進入流程圖編程界面如圖所示。它由這樣幾個部分組成的: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、垃圾箱、流程圖生成區(qū)。圖2-7流程圖編程界面 A 、菜單欄菜單欄中包含了各種功能操作項。文件:垃圾箱 模塊庫菜單欄工具欄 狀態(tài)欄流程圖生成區(qū)把模塊庫里的模塊拖過

26、來,連接生成流程圖程序。 “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:這項功能我們不作為本書的介紹內容,有興趣的同學可以查閱能力風暴機器人交互式開發(fā)語言JC的相關資料;關閉:是退出SVJC。編輯: 在編寫復雜程序的過程中,經常會用到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: 工具欄:可以隱藏、顯示SVJC界面中的工具條;狀態(tài)欄:隱藏和顯示狀態(tài)欄;顯示JC代碼:這項功能我們不作為本書的介紹內容,有興趣的同學可以查閱能力風暴機器人交互式開發(fā)語言JC的相關資料;連接指示:可以在流程圖生成區(qū)各個模塊的可連接位置顯示/隱藏指

27、示紅點,幫助初學者掌握模塊連接的技巧;流程圖背景:可為“流程圖生成區(qū)”更換背景;通過“放大”、“縮小流程圖”、“自動縮放”來調整流程圖顯示大小。工具: 仿真當前程序:是進入仿真環(huán)境對當前程序進行仿真;仿真流程圖程序:是進入仿真環(huán)境選擇對從前的程序進行仿真;設置選項:設置系統(tǒng)當前的路徑等。B、工具欄,工具欄各個按紐的作用在菜單欄里已經介紹,這里就不再羅嗦。 C 、模塊庫區(qū)四類模塊庫的模塊是構造SVJC 程序的基本元素。 圖2-8模塊庫D 、流程圖程序生成區(qū)SVJC 中間最大一個窗口就是流程圖生成區(qū),左側的模塊庫區(qū)的模塊可以移入到這個區(qū)域連接生成機器人流程圖程序。連接好的模塊會連接成為一個整體,可

28、以一起移動,當然也可以用鼠標斷開 模塊之間的連接。E、垃圾箱在編程的過程中,可以模塊移入到“垃圾箱”處,并點擊一下“垃圾箱”即可刪除此模塊。認識仿真環(huán)境界面A、在SVJC的菜單欄點擊“仿真當前程序(S”便可以進入仿真系統(tǒng),如下圖: 圖2-9進入仿真系統(tǒng)若在菜單欄點擊“仿真流程圖文件(M”,便可進入一個選擇流程圖程序存檔文件的對話框,在這里可以選擇你要仿真的程序。 圖2-10對話框隨后便可進入仿真環(huán)境界面,如下圖:新建環(huán)境:是指將進入一個空白的仿真環(huán)境。進入環(huán)境:在左邊的環(huán)境文件中選中后可進入這個仿真環(huán)境。刪除環(huán)境:在左邊的環(huán)境文件中選中,可以將其刪除。取消:和新建環(huán)境一樣將進入一個空白環(huán)境。

29、B 、進入主界面后出現退出、障礙物、光源、保存環(huán)境、加載環(huán)境、清除環(huán)境和運行等按鈕。圖2-12仿真環(huán)境主界面如圖:環(huán)境設置區(qū):用來設置虛擬能力風暴活動的的仿真環(huán)境。系統(tǒng)操作區(qū):用來處理環(huán)境文件,如加載、保存、清除環(huán)境文件。參數調節(jié)區(qū):用來調節(jié)虛擬紅外傳感器、障礙物和光源的參數或尺寸。環(huán)境設置區(qū)參數調節(jié)區(qū) 虛擬能力風暴仿真LCD仿真眼睛虛擬能力風暴的當前坐標位置狀態(tài)欄系統(tǒng)操作區(qū) 圖2-11進入仿真環(huán)境界面虛擬能力風暴:對真實能力風暴的仿真,擁有的屬性我們在第一章中已經講過。虛擬能力風暴的當前坐標位置:表示虛擬能力風暴活動時的當前坐標。仿真眼睛:是對虛擬能力風暴的眼睛的仿真。仿真LCD:是對真實能

30、力風暴的LCD的仿真,可以顯示一些運行和狀態(tài)信息。狀態(tài)欄:顯示當前編輯的環(huán)境文件的路徑以及機器人從開始運行到當前的運行時間等。 課堂練習:你能說出SVJC的每個菜單項的作用嗎?將本章開頭給的例子在計算機上演示一遍。教后記:教學應重在加強本科生“理論教學”與“科學研究”之間的聯(lián)系, 應提倡和鼓勵學生自主學習及研究性學習, 使學生通過針對性的、開放式的實驗教學真正實現“以我為主”、培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識與能力, 了解、掌握科學研究的基本思路、方法和手段, 為今后進一步學習研究打下扎實基礎。 第三課 簡單的流程圖編程方法一、教學目標幫助學生了解程序模塊的概念 二、重點難點使學生理解vjc 靠程序模塊來運

31、行的方式 三、教學過程:第一課時 程序的模塊新課導入前面介紹了虛擬能力風暴的相關知識和SVJC 界面的一些背景知識,下面我們就介紹具體的編程方法新課講授模塊的含義在介紹模塊的含義之前我們先來了解一下什么是程序流程圖,程序流程圖又稱程序框圖,它是歷史最悠久使用最廣泛的描述軟件設計的方法。用它來描述程序很直觀和形象,而且非常便于理解和學習。下面是流程圖的一些常用符號: 例如:求解“假如a 和b 都不等于零,則求a +b 的和”命題的程序流程圖為:可選過程(一般表示判斷表示某一個處理過程 開始或停止SVJC是基于流程圖原理的編程工具,它采用可視化編程方法,將傳感器的處理過程以及程序的其它處理過程都用

32、模塊的方式實現,使編程變得簡單而高效。四個模塊庫中其中前兩個模塊庫“執(zhí)行器模塊庫”、“傳感器模塊庫”屬于過程處理模塊, 如模塊,是對虛擬機器人移動過程的處理,如果你想讓機器人移動,只需將這個模塊拖到程序中即可。后兩個模塊庫“控制模塊庫”、 “程序模塊庫”屬于程序控制模塊,如模塊,它是選擇的作用,可以根據條件選擇要處理的過程。程序控制模塊的作用是把眾多的處理模塊連接成一個完整的處理過程。如果把前面的處理模塊比作漂亮的貝殼,那么這些控制模塊就是線和鏈條及環(huán),用它們把貝殼按照自己的意愿串連起來,那就是美麗的項鏈,就是我們的程序。模塊的基本操作流程圖編程方法簡單的說其實就是模塊增減的方法,當然要按照意

33、愿將模塊“拼湊”起來也不是一件容易的事,這里面涉及到軟件編程的一些知識,這些我們將會在后面的章節(jié)中詳細介紹,本章只對一些模塊的基本操作進行介紹,有了這些知識我們就可以編寫簡單的流程圖程序了。A、模塊的新增和連接從模塊庫選擇一個模塊的圖標,把它移入流程圖生成區(qū),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?就需要將模塊連接到已有的流程圖程序中。連接采用從上往下逐漸累加的方式,如下圖,(1是直接在尾部追加單個模塊,(2是將BC 作為一個整體模塊追加在A模塊的后面。(1 (2 圖3-3 模塊的新增和連接 圖3-2流程圖 B 、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

34、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,點擊一下鼠標左鍵即可。 刪掉B 模塊如圖所示,如果模塊前后都連接有其它模塊則需先進行拆分,拆分后的頂部模塊才可以刪除,如果要刪除的模塊是在程序的尾部則直接可以刪除。 圖3-4刪除B 模塊C 、模塊屬性的設置在模塊上點擊鼠標右鍵即可對模塊屬性進行設置,示例如下: 1、“直行”模塊的設置 (1 在上點擊鼠標右鍵;(2 出現下圖,按照文字的含義進行設置即可,如下圖表示讓虛擬能力風暴向前以速度80前進0.5秒。圖3-5直行模塊設置窗口2、對“條件判斷”模塊的設置 (1 在上點擊鼠標右鍵,出現下面設置窗口,點擊要設置的變量即可進

35、入變量百寶箱。 圖3-6條件判斷設置窗口(2點擊,選擇你要用來判斷的變量,選中后將在后面出現一把小鑰匙。這里我們選擇“整型變量一”。 圖3-7變量百寶箱(3返回到(1圖界面,點擊“引用變量”選擇要進行判斷比較的變量,如下圖,選中后也將在后面出現一把小鑰匙。 圖3-8變量百寶箱 4、最后設置的情況為下圖,表示進行“整型變量一”等于“亮度變量一”條件判斷。含義是當“整型變量一”等于“亮度變量一”時條件成立,程序可以根據條件是否成立進入相應的處理分枝。圖3-9 條件設置對話框其它的設置與這些類似,自己實驗和摸索一下即可掌握。第二課時 流程圖的模塊定義及用法新課導入本節(jié)課我們將詳細的介紹構成SVJC

36、程序的四大模塊庫的每一個模塊的具體功能。雖然內容繁多不易掌握,但有很多規(guī)律可循:一是由于模塊的用法和設置具有很大的相似性,因此我們只須熟練掌握其中的一些有代表性的模塊操作,其它模塊可以依此類推;二是我們可以跳過本章直接學習下面的知識,當我們要用到哪些模塊時我們就來到這節(jié)查找并記住,這樣在本書結束時同樣可以掌握所有模塊的用法。新課講授執(zhí)行器模塊執(zhí)行器模塊庫中的模塊基本上都和機器人的一部分動作有關,模塊庫中包括:直行、轉向、設置電機、停止電機、延時等待、發(fā)音、顯示和計算。這些模塊該如何使用呢?本章就要對這部分內容進行介紹。1. 直行 功能:“直行”模塊主要用于控制機器人前進、后退。操作:用鼠標將“

37、執(zhí)行器模塊庫”中的“直行”模塊移到流程圖生成區(qū)并連接在程序中的相應位置。設置時,右擊“直行”模塊,在彈出的對話框中輸入移動快慢與時間。設置參數說明:移動速度:可用兩種方式進行設置。可在速度輸入對話框中直接輸入前進/后退速度值;當輸入值為1100時,機器人前進速度由慢到快;值為0時,機器人原地不動(停止;值為-1 -100時,機器人后退速度由慢到快;輸入值的絕對值越大,機器人移動速度就越快;也可以直接用鼠標拖動旁邊滑線按鈕來設置移動速度。移動時間:在時間輸入對話框中輸入機器人移動的時間,單位為秒;你也可以選中時間因子復選框,它可隨機產生小于輸入值的隨機時間。2.轉向 功能:“轉向”模塊主要用于控

38、制機器人轉向。操作:用鼠標將“執(zhí)行器模塊庫”中的“轉向”模塊移到流程圖生成區(qū)并連接在程序中的相應位置。設置時,右擊“轉向”模塊,在彈出的對話框中輸入左/右轉速度和時間。設置參數說明:轉向速度:可用兩種方式進行設置。可在速度輸入對話框中直接輸入左轉/右轉速度值;當輸入值為1100時,機器人右轉速度由慢到快;值為0時,機器人原地不動(停止;值為-1 -100時,機器人左轉速度由慢到快;輸入值的絕對值越大,機器人轉動速度就越快;也可以直接用鼠標拖動旁邊滑線按鈕來設置轉向速度。轉向時間:在時間輸入對話框中輸入機器人轉向的時間,單位為秒;你也可以選中時間因子復選框,它可隨機產生小于輸入值的隨機時間。教后

39、記:教師在課堂教學中應從繁重的重復性課堂教學中解放出來,成為學生學習的促進者和指導者,充當學生和信息世界的中介人,幫助學生獲得和運用信息技術的資源第四課蘋果圓圓一、教學目標指導學生學會使用“設置、停止電機”命令二、重點難點使學生理解電機轉速的意義三、教學過程:第一課時理論學習新課導入“設置電機”模塊主要用于控制機器人移動,可以分別控制機器人的左右電機快慢和方向?！巴Ｖ闺姍C”模塊主要用于關閉兩個電機。新課講授認識“設置、停止電機”模塊 功能:“設置電機”模塊主要用于控制機器人移動,可以分別控制機器人的左右電機快慢和方向?！巴Ｖ闺姍C”模塊主要用于關閉兩個電機。操作:用鼠標將“執(zhí)行器模塊庫”中的“設

40、置電機”模塊移到流程圖生成區(qū)并連接在程序中的相應位置。設置時,右擊“設置電機”模塊,在彈出的對話框中輸入左/右電機速度參數,實現左右兩只主動輪按不同速度、不同方向行走。設置參數說明:左/右電機設置:可用兩種方式進行設置?？稍谧?右電機速度輸入對話框中直接輸入左/右電機速度值;當輸入值為1100時,機器人前進速度由慢到快;值為0時,機器人原地不動(停止;值為-1-100時,機器人后退速度由慢到快;輸入值的絕對值越大,機器人轉動速度就越快;也可以直接用鼠標拖動旁邊滑線按鈕來設置轉向速度。擴展電機設置:選擇此項可以控制電機的轉動方向,當輸入值為1100時,電機正轉;值為0時,電機停止;值為-1-10

41、0時,電機反轉;也可以直接用鼠標拖動旁邊滑線按鈕來設置轉向。(能力風暴無此電機在左/右電機輸入框中輸入速度級別參數,參數取值范圍為-100100的整數。停止電機設置:如圖所示選擇“停止電機”將停止電機的運動,選擇“停止擴展電機”將停止擴展電機運動。3.延時等待 功能:“延時等待”模塊主要是讓機器人保持前一個狀態(tài)一段時間。操作:用鼠標將“執(zhí)行器模塊庫”中的“延時等待”模塊移到流程圖生成區(qū)并連接在程序中的相應位置。設置時,右擊“延時等待”模塊,在彈出的對話框中輸入“等待時間”參數,以“秒”為時間單位。設置參數說明:等待時間:在時間輸入對話框中輸入機器人延時的時間,單位為秒;你也可以選中隨機因子復選

42、框,它可隨機產生小于輸入值的隨機時間。第二課時上機實踐一、教學目標指導學生學會使用“設置、停止電機”命令二、重點難點使學生理解電機轉速的意義三、教學過程:新課導入、講授:在機房內指導學生使用“設置、停止電機”命令教后記:在教學中我體會到,應該讓學生從感性上來認識計算機編程,為他們提供更多上機實踐的機會,激發(fā)他們學習計算機編程的興趣。由于六年級的學生剛接觸編程,要讓他們逐漸熟悉vjc的術語及操作方法,運用程序設計的觀念激發(fā)學生興趣。第五課引吭高歌一、教學目標指導學生學會使用“發(fā)音”命令二、重點難點使學生理解“發(fā)音”模塊與簡譜的節(jié)拍及音階的關系三、教學過程:第一課時理論學習新課導入“發(fā)音”模塊主要

43、用于讓機器人發(fā)音,唱一個音符。用鼠標將“執(zhí)行器模塊庫”中的“發(fā)音”模塊移到流程圖生成區(qū)并連接在程序中的相應位 置,就可以讓機器人“唱歌”了。新課講授 功能:“發(fā)音”模塊主要用于讓機器人發(fā)音,唱一個音符。操作:用鼠標將“執(zhí)行器模塊庫”中的“發(fā)音”模塊移到流程圖生成區(qū)并連接在程序中的相應位置。設置時,右擊“發(fā)音”模塊,在彈出的對話框中可按單選簡譜的節(jié)拍及音階,也可直接輸入音頻與發(fā)聲時間參數。設置參數說明:發(fā)音持續(xù)時間:在時間輸入對話框中輸入機器人發(fā)音的持續(xù)時間,單位為秒顯示。二分之一音符代表發(fā)音0.5秒,四分之一音符代表發(fā)音0.25秒。發(fā)音頻率設置:機器人唱的音符,單位為赫茲。1,2,3,代表用簡

44、譜表示的音符。休止符,表示不發(fā)聲,靜音指定時間間隔。自定義,在音頻輸入對話框直接輸入發(fā)音的頻率,第二課時上機實踐一、教學目標指導學生學會使用“發(fā)音”命令二、重點難點使學生理解“發(fā)音”模塊與簡譜的節(jié)拍及音階的關系三、教學過程:新課導入、講授:在機房內指導學生使用“發(fā)音”命令教后記:激勵學生從感性上來認識計算機操作,激發(fā)他們學習計算機操作的興趣。第六課顯示計算一、教學目標指導學生學會使用“顯示、計算”命令二、重點難點使學生理解“顯示、計算”命令的原理三、教學過程:第一課時理論學習新課導入“顯示”模塊主要用于在虛擬LCD上顯示信息?！坝嬎恪蹦K主要用加減乘除對變量進行計算和賦值。新課講授 功能:“顯

45、示”模塊主要用于在虛擬LCD上顯示信息。操作:用鼠標將“執(zhí)行器模塊庫”中的“顯示”模塊移到流程圖生成區(qū)并連接在程序中的相應位置。設置時,右擊“顯示”模塊,在彈出的對話框中輸入顯示信息。選擇“引用變量”,可以顯示出程序中各種全局變量,顯示模塊與傳感器模塊相配合,就可以顯示各個傳感器 的檢測值。設置參數說明:顯示信息設置:直接在顯示信息輸入對話框輸入顯示英文信息。4.設置眼睛 功能:“設置眼睛”模塊主要用于設置機器人眼睛的顏色和狀態(tài),如:紅、綠、黃、閃爍或者熄滅。操作:用鼠標將“執(zhí)行器模塊庫”中的“設置眼睛”模塊移到流程圖生成區(qū)并連接在程序中的相應位置。設置時,右擊“設置眼睛”模塊,在彈出的對話框

46、中點擊代表“左眼”“右眼”的圖塊,就可以按你的想法設置機器人的眼睛了。設置參數說明:眼睛參數:眼睛顏色,紅色綠色黃色閃爍熄滅。選擇眼睛復選框才可以對相應眼睛進行設置。5.計算 功能:“計算”模塊主要用加減乘除對變量進行計算和賦值。操作:用鼠標將“執(zhí)行器模塊庫”中的“計算”模塊移到流程圖生成區(qū)并連接在程序中的相應位置。設置時,右擊“計算”模塊,在彈出的對話框中輸入計算表達式。設置參數說明:計算結果賦值設置:點擊整型變量按鈕,彈出變量百寶箱對話框,在變量百寶箱對話框中選擇計算結果存放的變量。運算符號設置:在下拉列表框中選擇運算符號。計算數設置:在輸入框中輸入整數或小數。第二課時上機實踐一、教學目標

47、指導學生學會使用“顯示、計算”命令二、重點難點使學生理解“顯示、計算”命令的原理三、教學過程:新課導入、講授:在機房內指導學生使用“顯示、計算”命令教后記:通過兩個命令的學習,使學生體會到vjc的多媒體互動功能,培養(yǎng)學生使用計算機的興趣。第七課傳感器模塊一、教學目標指導學生學會使用“紅外測障”命令模塊二、重點難點使學生理解“紅外變量”的意義三、教學過程:第一課時理論學習 新課導入傳感器模塊可以根據傳感器檢測到的數值,可以進行賦值也可以用來進行判斷。新課講授紅外檢測 功能:紅外傳感器包括兩個紅外發(fā)射器和一個紅外接收器,能夠檢測到機器人左/右/前方是否有障礙物。操作:用鼠標將“傳感器模塊庫”中的“

48、紅外檢測”模塊移到流程圖生成區(qū)并連接在程序中的相應位置。設置時,右擊“紅外檢測”模塊,將出現“紅外測障模塊”設置對話框,默認情況下可以進行賦值,如果選擇“檢測完后進行條件判斷”,則可以進行條件判斷,在彈出的對話框中輸入所需判斷條件。設置參數說明:“紅外變量一”按鈕可以選擇檢測值存放的變量。第二項是條件比較關系,第三項是 例:“=”“左”代表如果檢測到障礙在左邊,條件判斷成功,執(zhí)行“是”一側連接的模塊;其他任何情況條件判斷失敗,執(zhí)行“否”一側連接的模塊。第二課時上機實踐一、教學目標指導學生學會使用“紅外測障”命令模塊二、重點難點使學生理解“紅外變量”的意義三、教學過程:新課導入、講授:在機房內指

49、導學生使用“紅外測障”命令模塊第八課碰撞檢測一、教學目標指導學生學會使用“碰撞檢測”命令二、重點難點使學生理解碰撞變量的含義三、教學過程: 第一課時理論學習新課導入“碰撞檢測”模塊,主要用于檢測機器人是否碰到障礙物,它能判斷左/右/前/后四個方向。新課講授碰撞檢測 功能:“碰撞檢測”模塊,主要用于檢測機器人是否碰到障礙物,它能判斷左/右/前/后四個方向。操作:用鼠標將“傳感器模塊庫”中的“碰撞檢測”模塊移到流程圖生成區(qū)并連接在程序中。設置時,右擊“碰撞檢測”模塊,將出現“碰撞檢測模塊”設置對話框,默認情況下可以進行賦值,如果選擇“檢測完后進行條件判斷”,則可以進行條件判斷,在彈出的對話框中輸入

50、判斷條件。設置參數說明:“碰撞變量一”按鈕可以選擇檢測值存放的變量。第二項是條件比較關系,具體含義如下: 例:“=”“左”代表如果檢測到只有左邊發(fā)生碰撞就條件判斷成功,執(zhí)行“是”一側連接的模塊;其他任何情況條件判斷失敗,執(zhí)行“否”一側連接的模塊。第二課時上機實踐一、教學目標指導學生學會使用“碰撞檢測”命令二、重點難點使學生理解碰撞變量的意義三、教學過程:新課導入、講授:在機房內指導學生使用“碰撞檢測”命令教后記:任務驅動是當前信息技術教學的一個較新的模式,這節(jié)課通過“使用寫字板”這個任務來使學生自主地學習,可以說取得了良好的效果,今后應多采用這種教學形式。第九課亮度檢測一、教學目標指導學生學會

51、使用“亮度檢測”命令二、重點難點使學生理解光敏變量的意義三、教學過程:第一課時理論學習新課導入“亮度檢測”模塊主要用于檢測環(huán)境的光線明暗 新課講授亮度檢測 功能:“亮度檢測”模塊主要用于檢測環(huán)境的光線明暗,傳感器的返回值為0255,其值越大,說明光線越暗。操作:用鼠標將“傳感器模塊庫”中的“亮度檢測”模塊移到流程圖生成區(qū)并連接在程序的相應位置。設置時,右擊“亮度檢測”模塊,將出現“亮度檢測模塊”設置對話框,默認情況下可以進行賦值,如果選擇“檢測完成后,進行條件判斷”,則可以進行條件判斷,在彈出的對話框中選擇對左右光敏的檢測方式和判斷條件。設置參數說明:檢測方式: 亮度變量一:它被用來存儲光敏傳

52、感器的值。若要更換存儲變量,可點擊它,可選擇其它兩個變量,亮度變量二和亮度變量三。第二項是條件比較關系:設置左邊的亮度變量與右邊的參數如何進行比較。 第三項是參數:用于和亮度檢測值進行比較。需要根據機器人實際運行情況進行調整。例:“平均”“<”“200”代表左右的亮度平均值小于200,即平均亮度比200亮度更亮的時候,條件判斷成功,執(zhí)行“是”一側連接的模塊;否則條件判斷失敗,執(zhí)行“否”一側連接的模塊。第二課時上機實踐一、教學目標指導學生學會使用“亮度檢測”命令二、重點難點使學生光敏變量的意義三、教學過程:新課導入、講授:在機房內指導學生使用“亮度檢測”命令教后記:在解決“光敏變量”這個難

53、點時,光靠示范是不夠的,還是要靠在練習中不斷地加深認識。第十課地面檢測模塊一、教學目標1.指導學生學會使用“地面檢測”命令二、重點難點使學生理解“地面變量”的意義 三、教學過程:第一課時理論學習新課導入“地面檢測”模塊,功能是通過照射地面,檢測地面的反射光強。新課講授見下圖地面檢測 功能:“地面檢測”模塊,功能是通過照射地面,檢測地面的反射光強。傳感器的返回值為0255,其值越大,說明地面越暗。操作:用鼠標將“傳感器模塊庫”中的“地面檢測”模塊移到流程圖生成區(qū)并連接在程序的相應位置。設置時,右擊“地面檢測”模塊,將出現“地面檢測模塊”設置對話框,默認情況下可以進行賦值,如果選擇“檢測完成后,進

54、行條件判斷”,則可以進行條件判斷,在彈出的對話框中輸入判斷條件。設置參數說明:地面變量一:它被用來存儲地面?zhèn)鞲衅鞯臋z測值。若要更換存儲變量,可點擊它,可選擇其它兩個變量,地面變量二和地面變量三。第二項是條件比較關系:設置左邊的聲音變量與右邊的參數如何進行比較。 第三項是參數:用于和地面檢測值進行比較。需要根據機器人實際運行情況進行調整。第二課時上機實踐一、教學目標指導學生學會使用“地面檢測”命令二、重點難點使學生理解“地面變量”的意義三、教學過程:新課導入、講授:在機房內指導學生使用“地面檢測”命令教后記:從實用性、可操作性角度出發(fā),通過“時裝表演”這個任務來使學生自主地學習,可以說取得了良好

55、的效果。 第十一課循環(huán)模塊一、教學目標指導學生學會使用“多次循環(huán)、永遠循環(huán)”命令二、重點難點使學生理解“循環(huán)”的程序意義三、教學過程:第一課時理論學習新課導入程序結構一般是由順序結構、循環(huán)結構、選擇結構這三種結構組成。在編寫程序過程中,最基本的結構是順序結構,即從上往下依次執(zhí)行;當遇到一組模塊需要重復執(zhí)行時,就可以使用循環(huán)結構,按照指定方式重復執(zhí)行;選擇結構是在程序執(zhí)行時,根據設置的判斷條件,在兩組模塊中選擇一組執(zhí)行。靈活使用這三種結構,可以提高編程的效率,使程序清晰明了。新課講授多次循環(huán) 功能:“多次循環(huán)”模塊功能允許多次執(zhí)行同一組指令。 操作:用鼠標將“控制模塊庫”中的“多次循環(huán)”模塊移到流程圖生成區(qū)并連接在程序的相應位置。設置時,右擊“多次循環(huán)”模塊,在彈出的對話框中輸入需循環(huán)次數值,然后點“確定”。在“多次循環(huán)”