樂高機器人教學(xué)案

1、 認識樂高藍牙機器人系統(tǒng)_NXT 參加教師活動目的：1、 認識NXT主要配件，并將其與RCX核心配件作比較，學(xué)習(xí)和掌握新型樂高機器人； 2、 搭建藍牙機器人；3、 知道NXT控制器各按鈕的作用，初步學(xué)會在NXT是編寫簡單程序，理解傳感器的功能 活動過程：一、 樂高機器人 MINDSTORMS NXT與RCX的比較1、處理器由8位升到32位丹麥樂高（LEGO）將于2006年9月上旬推出樂高公司和美國麻省理工學(xué)院共同開發(fā)的機器人組件新款“教育用LEGO Mindstorms NXT”。Mindstorms是將配備微處理器的LEGO公司的塑料積木組裝起來，通過個人電腦制作的程序來控制的機器人。此前的

2、RCX的微處理器為8位，而NXT配備32位處理器等，提高了性能。 表格1列出RCX和NXT的比較。圖1：安裝4個傳感器和3個伺服馬達的LEGO NXT圖4：LEGO NXT系統(tǒng)目前提供的4種傳感器全家福5、改進了編程軟件NXT程序用軟件“”，跟ROBOLAB原來的版本一樣，是基于NI LabVIEW開發(fā)的。該軟件不僅可以制作NXT用的程序，也可以完成RCX用的程序。此前要操作接近400個圖標進行編程，這次減少為約40個，從而使得編程更為簡單。OS為“Windows2000”以上和“Mac OS X”。圖5：樂高網(wǎng)站給出的ROBOLAB 2.9的樣圖，跟以前版本相比，變化較大二、 快速認識NXT

3、1、 按鈕NXT正面有四個按鈕，它們分別是開關(guān)、運行；導(dǎo)航和返回。2、 NXT顯示器上各圖標的意義最上一行，相當于狀態(tài)欄，從左到右依次表示了：藍牙、USB、NXT控制器名、運行狀態(tài)、電池電量以及聲音音量的情況。狀態(tài)欄的下面是六個主控操作面板，相當于主菜單，它們依次是：“My Files我的文件”、“Try me測試”、“Settings設(shè)置”、“Bluetooth藍牙”、“View查看”、“NXT Program NXT程序”。三、 NXT Prpgram(NXT程序)不需要在電腦上，通過NXT就可以編寫簡單的控制程序。1、 進入NXT Program2、 屏幕顯示傳感器和馬達的連接方式；3、

4、 確定后，進入五步編程第一步主要是設(shè)置運動方式：前后、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)等第二步主要是設(shè)置傳感器第三步 也是運動方式設(shè)置第四步 傳感器感應(yīng)設(shè)置第五步 設(shè)置停止或循環(huán)運行四、 活動研究任務(wù)1、 研究前進5，前進的時間是多少？前進的距離是多少？前進5，前進的時間是；前進的距離是 。你的機器人能走直嗎？你們是怎么讓它走直的？2、 前進5，再右轉(zhuǎn)2，看看你的機器人怎么運動？3、 組內(nèi)合作完成下列任務(wù)：每組四個同學(xué)，分別位于四方形的四邊，要求用nxt編程，將機器人駛向自己的隊友。（1） 隊長將機器人駛向程序員；（2） 程序員讓機器人左轉(zhuǎn)駛向機械師（3） 機械師讓機器人按直線退到研究員（4） 研究員再讓機器

5、人轉(zhuǎn)彎退回隊長。第三課 嘗試NXT編程教學(xué)目的：1、 了解NXT編程軟件界面；2、 知通如何創(chuàng)建一個新文件；3、 認識移動圖標，了解移動圖標的設(shè)置面板中各選項的意義 4、 會用它控制機器人的運動狀態(tài)（前進、后退、轉(zhuǎn)彎運動）；5、 學(xué)會如何下載，并運行機器人。教學(xué)過程：今天我們學(xué)習(xí)用電腦編寫第一個程序，控制機器人按我們的意愿運動。一、 進入編程環(huán)境1、 雙擊桌面圖標，進入NXT編程環(huán)境；2、 一個出現(xiàn)下列程序進度條，調(diào)入程序；二、 編寫程序有FLASH步驟按下例操作步驟編寫程序三、下載程序1、機器人與電腦的連接用USB連線將機器人與電腦連接。 注意：下載程序時，NXT必須打開。 三、 移動圖標參

6、數(shù)設(shè)置面板四、 運行機器人按下列操作步驟運行機器人演示編寫、下載、運行一個前進左轉(zhuǎn)再前進的程序活動研究任務(wù)1、 研究能量級為75%時機器人1秒鐘，前進的距離是多少？大約_樂高單位2、 能量級為100%時機器人1秒鐘，前進的距離是多少？大約_樂高單位2、 組內(nèi)合作完成下列任務(wù)：每組四個同學(xué)，分別位于四方形的四邊，要求用nxt編程，將機器人駛向自己的隊友。（1） 隊長將機器人駛向程序員，前進2秒鐘；（2） 程序員讓機器人前進5秒，左轉(zhuǎn)駛，再前進5秒，駛向機械師；（3） 機械師讓機器人按直線后退，到研究員，時間根據(jù)距離調(diào)整；（4） 研究員再讓機器人后退5秒，轉(zhuǎn)向，再直線回到隊長所在位置。第四課 機器

7、人的計步器教學(xué)目標：1、 學(xué)習(xí)和理解馬達內(nèi)置角度傳感器2、 理解移動模塊和馬達模塊的屬性面板3、 能準確控制機器人的運動距離和角度4、 通過活動理解馬達內(nèi)置角度傳感器的應(yīng)用教學(xué)過程：一、你知道嗎？_NXT使用技巧1、 關(guān)閉藍牙功能，可以讓NXT更省電2、 刪除NXT中多余的程序，可節(jié)約空間。二、研究活動用時間控制機器人的運動比較：1秒鐘內(nèi)馬達能量為75%行駛的距離大約是厘米；1秒鐘內(nèi)馬達能量為100%行駛的距離大約是1秒鐘內(nèi)馬達能量為75%行駛的距離（填<或>）馬達能量為100%行駛的距離； 不同組的機器人1秒鐘內(nèi)馬達能量為100%行駛的距離相同嗎？同）。三、NXT馬達的內(nèi)置角度傳

8、感器用時間控制機器人的運動非常不準確，當電池能量足時機器人跑得快，當電池能量不足時，機器人跑得慢。為了解決這個問題，在NXT機器人的馬達中安裝了一個角度傳感器，它可以記錄機器人行走的距離。馬達里的角度傳感器相當于機器人的計步器。3、 機器人的計步器是怎么計算機器人行走的距離的呢？第一：它可以記錄機器人輪子轉(zhuǎn)過的圈數(shù)，根據(jù)輪子的周長，就可以計算出機器人行走的距離。觀察學(xué)習(xí)環(huán)境中的常用面板中的向前驅(qū)動。例如，我們機器人的輪子周長約為17厘米機器人輪子轉(zhuǎn)1圈，前進的距離是機器人輪子轉(zhuǎn)2圈，前進的距離是機器人輪子轉(zhuǎn)5圈，前進的距離是 厘米。機器人輪子轉(zhuǎn)10圈，前進的距離是 厘米。第二：記錄機器人輪子轉(zhuǎn)

9、過的角度，根據(jù)角度，計算出機器人行走的距離。我們知道，一個是360度，如果機器人的輪子轉(zhuǎn)過半周，那么它轉(zhuǎn)過的角度就是180度，走過的距離就是輪子周長的一半，大約8.5厘米。四、學(xué)習(xí)電機模塊移動模塊雖然也能控制機器人做轉(zhuǎn)彎運動，但由于不能準確地控制單個馬達的能量級，因為機器人的轉(zhuǎn)彎運動很難精確控制。為此，我們可以使用電機模塊。1、 電機模塊位置、屬性2、下面，我們用電機模塊控制機器人轉(zhuǎn)直角：方法一：一個電機停，一個電機運動方法二：一個電機快，一個電機慢方法三：兩個電機向相反方向運動五、挑戰(zhàn)任務(wù)想辦法讓你的機器人沿一塊地磚走50*50的正方形第五課 機器人的眼睛發(fā)表時間：2008-10-17 20

10、:04:51 來源：龍小分校 編輯：龍小分校 點擊/評論：1944/0教學(xué)目標1、 認識樂高光電傳感器，知道光電傳感器的作用；2、 初步理解光電傳感器的原理；3、 會利用光電傳感器測試不同物體表面反射光的光值4、 初步學(xué)會利用光電傳感器控制機器人啟動或停止。教學(xué)過程一、引入想一想，我們?nèi)说难劬Χ寄芸吹胶头洲q什么？（主要功能）第一， 我們能分辯物體的顏色第二， 我們能分辨物體的形狀和大小第三， 我們能分辯物體的遠近機器人要能模擬人的眼睛的功能，也應(yīng)該能做到分辯物體的顏色、形狀、大小和遠近。但機器人的的眼睛的功能沒有人眼功能這么強大的全面。因此，我們常常需要給機器人安裝多個眼睛。比如我們安裝一個或

11、多個光電傳感器來分辨物體的顏色；安裝一個超聲波傳感器來判斷物體的距離；安裝一個火焰?zhèn)鞲衅鱽碜R別火焰等。機器人眼睛功能比較單一，為實現(xiàn)不同的功能，需要安裝不同功能的眼睛。二、初步認識傳感器三、NXT藍牙機器人光電傳感器光電傳感器是機器人的眼睛，它是主要元件是一個發(fā)光二極管和一個光敏管。我們看到光電傳感器有兩個燈，工作時，一個燈發(fā)紅光，一個燈不發(fā)光只接收反射回來的光線。當光電傳感器照到不同顏色的表面時，接收到的反射光的強弱不同，控制器就可以據(jù)此判斷出物體表面的顏色。NXT的光電傳感器工作時還可以關(guān)閉發(fā)光燈。1、 NXT光電傳感器的安裝可參考學(xué)習(xí)面板中“檢測黑線”的方法安裝光電傳感器屬于信息輸入，因

12、此它可以接在NXT的1、2、3、4輸入端的任何一個輸入口中。通常我們插在3號端口。2、 直接從NXT顯示屏上查看接收光的返回值（1） 在主菜單中選擇View（顯示）（2） 再選擇Reflected light (反射光)或Ambient light（環(huán)境光）（3） 最后選擇Port（端口）號，如Port 3（4） 讀出光的反射值。3、 研究活動分別測出距離樂高積木大約5毫米處，不同顏色的積木塊的反射光值和環(huán)境光4、 從光電傳感器屬性面板中查看接收光的返回值（1） 拖拉一個光電傳感器模塊到程序流程線上；（2） 從屬性面板的反饋控制箱中讀中接收光的返回值5、 研究活動分別測出距離樂高積木大約5毫米

13、處，不同顏色的積木塊的反射光值和環(huán)境光值四、挑戰(zhàn)任務(wù)1、下面的黑線表示車站，讓你的機器人直線前進，看到車站（黑線）后STOP！分析：我們并不知道離黑線有多遠，所以用角度傳感器和時間都無法控制機器人行走的距離。因此，我們只能考慮利用光感，讓機器人一直前進，直到它看到黑線，立即STOP。程序：課后記：今天的教學(xué)很成功，通過幾周的訓(xùn)練，同學(xué)們基本都適應(yīng)了這樣的研究和挑戰(zhàn)模式。在兩種測光值的研究中，同學(xué)們的積極性很高，方法也比較得當。在挑戰(zhàn)任務(wù)中，由于機器人看到黑線就停，效果明顯。因些同學(xué)們的研究熱情也很高。第六課 機器人的耳朵發(fā)表時間：2008-11-12 14:01:05 來源：龍小分校 編輯：龍

14、小分校 點擊/評論：1317/0 教學(xué)活動目的1、 知道機器人的耳朵實際上是一個聲音傳感器。聲音傳感器，能夠使機器人象人一樣具有聽覺。2、 會利用聲音傳感器控制（啟動）機器人運動或停止；3、 編寫程序讓機器人沿黑線行走教學(xué)過程一、引入光電傳感器使機器人有了視覺，能分辨物體的顏色，那么，能不能讓機器人象人一樣有聽覺，能聽到環(huán)境的聲音呢？當然可以，我們可以給機器人安裝一個聲音傳感器。二、NXT聲音傳感器聲音傳感器實際上就是一個類似話筒（耳麥）的設(shè)備，它能接收聲音信息。 聲音的大小常用音量表示，單位是分貝。一般的聲音傳感器只能感受到有無聲音和音量的大小，而不能分辨語義。比如，我們制作一個聲控機器人，

15、要求它聽到聲音就開始前進?，F(xiàn)在，我們啟動機器人，當我們說“?！彼瑯娱_始前進。這對人來說是一件很有趣的事。聲音傳感器能夠檢測到的聲壓大于90分貝。因為聲壓的等級非常復(fù)雜，所以在Mindstorms NXT上顯示的時比例(%).數(shù)字越小，聲音越小。例如： ? 4-5% 大約是安靜的臥室? 5-10% 從較遠距離聽人的談話? 10-30% 較近距離的正常談話，或者正常音量下的聲音播放器 ? 30-100% 人們的喊叫聲，或者大音量的音響聲音傳感器的安裝參見NXT常用面板中的“聲音控制”。探索活動1、試試各種聲音效果，并記錄下NXT接收到的聲音大小值。操作方法：（1） 將聲音傳感器連接到NXT輸入端

16、口2；（2） 在NXT顯示器上選擇 View 子菜單，選擇聲音傳感器的圖標和聲音傳感器連接到的接口；（3） 向聲音傳感器說話，看看顯示屏的效果；挑戰(zhàn)任務(wù)制作一個聲控機器人，要求啟動后原地不動，聽到聲音后開始運動，再次聽到聲音后停止運動。分析：啟動機器人后，讓機器人進入等待狀態(tài)，當聲音值達到預(yù)設(shè)的閥值后，機器人前進，同時，再次監(jiān)聽聲音，如果再次聽到聲音，則STOP！聲音傳感器屬性設(shè)置第七課 機器人的眼睛（2）發(fā)表時間：2008-11-12 14:06:18 來源：龍小分校 編輯：龍小分校 點擊/評論：1279/0 教學(xué)目標1、 認識樂高超聲波傳感器，知道超聲波傳感器的作用；2、 初步理解超聲波傳

17、感器的原理；3、 初步學(xué)會利用超聲波傳感器控制機器人走迷宮。教學(xué)過程一、 引入光電傳感器讓機器人能分辨物體的顏色，但它不能判斷物體的遠近，為了幫助機器人判斷物體的遠近，我們可以給機器人安裝一只超聲波傳感器。二、 樂高超聲波傳感器樂高超聲波傳感器，有由一個超聲波發(fā)射器和一個超聲波接收器組成，通過檢測發(fā)射聲波（類似于聲納）和反饋聲波延遲的的時間，測算障礙物離自己的距離。（1） 屏幕顯示機器與最近物體的距離值，單位為厘米或英寸；（2） 超聲波傳感器的檢測距離為0-250厘米；（3） 超聲波傳感器通常接在輸入端口4；三、 超聲波傳感器的安裝參見超聲波測距第17/21頁研究任務(wù)請你編寫一個程序，讓你的機

18、器人向墻靠近，直到離墻20厘米處停止。試一試，當你設(shè)置機器人停止的觸發(fā)值為20厘米時，機器人停下時，距離墻的實際距離是多少？如果我們要機器人停下的位置距離墻剛好20厘米，程序中實際停止的觸發(fā)值是多少？挑戰(zhàn)任務(wù)你能做一個簡單的迷宮機器人，讓它從下圖中的入口進，出口出嗎？第18/21頁第八課 能識別路線的機器人發(fā)表時間：2008-11-12 14:18:40 來源：龍小分校 編輯：龍小分校 點擊/評論：1616/0 教學(xué)目標：1、 光電傳感器的靈活應(yīng)用2、 學(xué)習(xí)和理解循環(huán)和分支程序結(jié)構(gòu)教學(xué)過程：一、師引導(dǎo)我們的機器人已經(jīng)具有類人的視覺功能，通過光電傳感器，可以識別顏色，通過超聲波傳感器感受物體的遠

19、近。今天我們通過一個實際任務(wù)來比一比，看誰的機器人最能干。二、任務(wù)描述讓機器人沿固定的黑跑道行走，看誰的機器人走完全長所用時間最短。第19/21頁三、任務(wù)分析黑色跑道是單路線，沒有叉道，因此我們可以采用單光感走黑線。單光感走黑線原理：在黑線上往白色區(qū)域走，在白色區(qū)域往黑線走。即走“之”字形。觀看“跟隨暗線”視頻，理解單光感走黑線的原理。四、程序分析1、 分析如果在黑線上： C走， B停 即右轉(zhuǎn)；如果在白色區(qū)域： B走，C停 即左轉(zhuǎn)。上述動作反復(fù)重復(fù)執(zhí)行。2、 循環(huán)程序需要反復(fù)執(zhí)行的一段程序我們可以放在一個循環(huán)中。在生活中循環(huán)執(zhí)行某一任務(wù)的例子很多，比如跑繩、拍皮球等。3、 條件分支程序在這個任

20、務(wù)中，我們要根據(jù)機器人所處位置決定機器人重復(fù)執(zhí)行那一段程序，象這樣的程序叫條件分支程序。第20/21頁五、試運行1、如果機器人認不了黑線，說明你的條件分支中黑白分界閥值設(shè)置不正確，應(yīng)重新測定黑、白區(qū)域的光值，再取平均值。2、如果機器人左右搖擺太大，說明你的機器人轉(zhuǎn)角弧度太大，可適當減小馬達的能量。 第17/21頁研究任務(wù)請你編寫一個程序，讓你的機器人向墻靠近，直到離墻20厘米處停止。試一試，當你設(shè)置機器人停止的觸發(fā)值為20厘米時，機器人停下時，距離墻的實際距離是多少？如果我們要機器人停下的位置距離墻剛好20厘米，程序中實際停止的觸發(fā)值是多少？ 挑戰(zhàn)任務(wù)你能做一個簡單的迷宮機器人，讓它從下圖中的

21、入口進，出口出嗎？第18/21頁第八課 能識別路線的機器人發(fā)表時間：2008-11-12 14:18:40 來源：龍小分校 編輯：龍小分校 點擊/評論：1616/0 教學(xué)目標：1、 光電傳感器的靈活應(yīng)用2、 學(xué)習(xí)和理解循環(huán)和分支程序結(jié)構(gòu)教學(xué)過程：一、師引導(dǎo)我們的機器人已經(jīng)具有類人的視覺功能，通過光電傳感器，可以識別顏色，通過超聲波傳感器感受物體的遠近。今天我們通過一個實際任務(wù)來比一比，看誰的機器人最能干。二、任務(wù)描述讓機器人沿固定的黑跑道行走，看誰的機器人走完全長所用時間最短。 第19/21頁三、任務(wù)分析黑色跑道是單路線，沒有叉道，因此我們可以采用單光感走黑線。單光感走黑線原理：在黑線上往白色

22、區(qū)域走，在白色區(qū)域往黑線走。即走“之”字形。觀看“跟隨暗線”視頻，理解單光感走黑線的原理。四、程序分析1、 分析如果在黑線上： C走， B停 即右轉(zhuǎn)；如果在白色區(qū)域： B走，C停 即左轉(zhuǎn)。上述動作反復(fù)重復(fù)執(zhí)行。2、 循環(huán)程序需要反復(fù)執(zhí)行的一段程序我們可以放在一個循環(huán)中。在生活中循環(huán)執(zhí)行某一任務(wù)的例子很多，比如跑繩、拍皮球等。3、 條件分支程序在這個任務(wù)中，我們要根據(jù)機器人所處位置決定機器人重復(fù)執(zhí)行那一段程序，象這樣的程序叫條件分支程序。 第17/21頁研究任務(wù)請你編寫一個程序，讓你的機器人向墻靠近，直到離墻20厘米處停止。試一試，當你設(shè)置機器人停止的觸發(fā)值為20厘米時，機器人停下時，距離墻的實際距離是多少？如果我們要機器人停下的位置距離墻剛好20厘米，程序中實際停止的觸發(fā)值是多少？ 挑戰(zhàn)任務(wù)你能做一個簡單的迷宮機器人，讓