第課程序設計機器人的大腦和初步編程教學案

1、第8課程序設計機器人的大腦和初步編程教學案一、提出問題機器人可以代替人類完成很多任務，它可以進行水下作業(yè)，可以在醫(yī)院輔助醫(yī)生給 患者治病，非常厲害！我們知道人可以通過大腦思考，那么機器人是如何進行思考的呢 它是如何像人一樣完成各種工作呢二、聯(lián)想如圖 8-1 所示，機器人可以像人一樣的進行思考，那機器人的大腦究竟是什么呢技能牌樂圖8-1機器人和人高機器人的大EV3控制器，如圖8-2所示?？刂破骰贚inux操300MHz ARM9處理器,EV3控制器是樂高機器人的大腦，換句話說樂高機器人的數據計算，電機控制，傳感器采集都要通過控制器來完成。下面，先介紹一下EV3控制器。如圖8-3所示，控制器正面

2、由顯示屏和按鍵組成，按鈕分別為 返回按鈕，確定按鈕， 上， 下， 左， 右6個按鈕組成如圖8-4所示，控制器側面有USB插口和SD卡插口，USB口可以 連接USE無線網卡，但網卡需要匹配控制器的硬件要求。SD卡可以擴 展控制器的內存，最大可以擴展到32GB。EV3作系統(tǒng)，16M閃存，圖8-2 EV3控制器64M隨機存儲器圖8-3 EV3控制器按鍵如圖8-5所示，控制器前面是A，B，C，圖8-4EV3側面D四個輸出口，輸出口可以連接電機或燈。此外，還有控制器的PC程序傳輸口，通過這個接口可以通過數據 線把程序傳輸給控制器。如圖8-6所示，控制器后面圖8-5 EV3前面是1，2，3，4四個輸入口，

3、輸入口用來連接傳感器。傳感器采集的數據可以傳輸給控制器去處理。三 、 要求： 指定距離的機器人小車圖8-6 EV3后面小車向前行走50CM然后停車，并鳴笛1.小車向前行走的距離越準確越好2.小車停下后要鳴笛示意機器人小車要向前行走一段距離，然后停下，這就需要通過樂高機器人的大腦一一EV3控制器來對樂高電機進行控制。下面我們 要使用EV3控制器來做一輛機器人小車。四、構建小車搭建：我們來搭建一輛機器人小車，它使用兩個電機作為主動輪來控制小車行走，并用一個金屬球作為從動的輪子，如圖8-7所示這里解釋一下主動輪和從動輪。通過電機傳動后，可以主動轉動的輪子稱為主動輪；被動跟隨轉動的是從動輪，起到輔助支

4、撐的作用。 兩個電機通過數據線分別連接到控制器輸出口的B和C。圖8-7機器人小車底部 圖8-8機器人小車側面如圖8-8所示，機器人搭建完成，前幾節(jié)課我們都是利用電源控制機器人的動作，都需要依靠人為的操控。這節(jié)課我們運用EV3控制器來控制電機的轉動。為了達到這個目的，我們需要給機器人編寫程 序，只有把程序傳輸給控制器，控制器才可以控制機器人，完成我們 規(guī)定的任務。技能牌：EV3編程軟件EV3編程軟件是一個圖形化的編程語言，它的編程不需要去記 憶程序命令和繁瑣的結構，只需要把各種圖形化程序模塊連接到一 起就可以了。這樣既形象生動，又簡單易學。打開軟件后新建一個文件，如圖8-9所示。編寫程序時需要把

5、 下方的程序模塊拖到白色區(qū)域并與前面圖片用線進行連接。編好后的 程序就像很多圖片用線縫起來一樣。算法與 序：圖8-9程序新建文件界面算法：為了讓小車可以準確的行駛到50CM處，我們可以讓小車以相同的速度 前進，并從起點到50CM處進行計時，把時間記錄下來。再把這個時間 寫到程序中，讓小車按照這個時間來前進，這樣小車就可以前進到終點 處停下來。根據這個想法，我們通過以下6個步驟來實現(xiàn)。程序：1.編寫程序，讓小車一直向前行駛通過“移動轉向”模塊，來控制小車向前。在模塊右上方選擇“B+C ,左下方選擇“開啟”模式，這時模塊下方分別有2個五、程選項，分別是方向和功率，如圖8-10所示。方向：100到1

6、00，數值代表機器人的方向，數值不同圖8-10移動轉向模塊功率：的方向就會不同，0代表直行。100到100，正負代表前進或后退，正方向為電機順時針轉動，負方向為電機逆時針轉動。數值代表功率的大小。技能牌：循環(huán)結構為了讓小車一直向前，在程序里面加入循環(huán)結構。循環(huán)結 構可以使程序語句被循環(huán)執(zhí)行。在需要重復使用代碼的時候，循 環(huán)結構會經常被用到，如圖8-11所示。圖8-11循環(huán)結構2.計時，把時間記錄下來記錄小車行駛50CM距離的時間，把時間輸入到程序中， 并在“移動轉向”模塊的左下角選中“開啟指定時間”。 把記 錄的時間放到時間選項中，如2.8秒，有了時間，我們就可以 去掉循環(huán)語句，讓小車按照時間

7、去行走，程序如圖8-12所 示。圖8-12小車前進2.8秒3.發(fā)出聲響在小車到達終點后，發(fā)出聲音。選擇聲音模塊，可以在右上角選擇樂高提供的各種聲音文件，程序如圖8-13所示。圖8-13到達終點并發(fā)出聲音4.保存如圖8-14所示，保存項目名稱為“juli.ev3”，EV3程序所編寫的程序文件名是“*.ev3”。圖8-14保存文件5.下載1.長按控制器的“確定”按鈕，使控制器開機。2將下載傳輸線連接到EV3控制器和電腦USB口。3.單擊“下載”按鈕。下載按鈕在程序的右下角，如圖8-15所示，在最右端EV3字母下方，三個按鈕分別是： “下載”，“下載并運行”和“運行已選模塊”。圖8-15程序下載6.

8、運行 如圖8-16所示，在EV3空制器當中，選擇文件夾中的“juli文件夾，然后點擊確定按鈕選擇“program”,就可以運行程序來 控制機器人了。六、優(yōu)化與改進現(xiàn)在，我圖8-16 EV3顯示文件夾們用另一種方法來解決問題。我們已經知道路程是50CM，那么只要我們知道樂高的輪胎的直徑，我們就可以通過輪胎轉動的圈數來 控制小車行走的距離。改進步驟：1.樂高輪胎的直徑我們使用的樂高輪胎的直徑是43.2mm這個數值在樂高 輪胎上有標明，查看一下就可以知道，如圖8-17所示。2.通過直徑計算周長根據圖8-17樂高輪胎厶式.Lnd，n疋圓周率3.14,d是樂高輪胎的直徑，L是輪胎的周長，經過計算L=3.

9、14X43.2=135.6mm。（保留一位小數）3根據周長L和距離S,計算出輪胎需要轉動的圈數圈數=S/L=500/135.6=3.7圈（保留一位小數）4.編寫程序由于樂高電機里面配有轉速傳感器，可以測量電機轉動的角度和轉速。因此我們可以在“移動轉向”模塊左下角選擇“開啟指定圈數”并輸入圈數為3.7（1圈二360度）。程序如圖8-18所示。下載并運行程序，看一看機器人是否可以走50CM的距離呢七、實踐與討論機器人圖8-18小車前進3.7圈是如何能夠思考問題或做出動作的利用時間和角度兩種測量方法控制機器人行走，哪一個更加準確呢為什么八、拓展機器人走四方形我們剛才已經走了一條50CM勺直線，下面請

10、你讓機器人出發(fā)后走一 個正方形，最后讓機器人回到起點。技能牌：機器人轉彎機器人轉彎還是利用“移動轉向”模塊，為了更加精確，選擇“開啟指定度數”，方向改為51向右轉動，功率50，角度390度，如圖8-19所注意：轉彎勺角度要根據機器人所走勺場地和機器人勺結構來確定。通常使機器人轉到90度圖8-19機器人轉彎390度勺位置，要不斷勺修改方向值去測試機器人勺轉動位置最終勺程序，如圖8-20所示、八意圖8-20程序循環(huán)4次環(huán)結構，選擇好計數循環(huán)的次數。由于要走四邊形因此循環(huán)次數 取值為4。通過這個例子我們可以看到機器人的動作是由程序來控制的，機器人 本身是不會像人一樣進行思考的，但是通過給機器人輸入程

11、序后，就可以 讓機器人像人一樣進行思考和動作了。九、作業(yè)如圖8-21所示，如果讓機器人小車前進，碰到障礙物后停止（障礙 物固定在地面上，小車不會推動），并發(fā)出聲響，你應該用時間還是角度 去控制機器人電機的轉動呢說說為什么圖8-21機器人碰到障礙物停下第八課機器人小車搭建圖1.樂高大電機與十字軸連接2.樂高四方形連接器3.軸銷連接器4.樂高四方形連接器固定馬達5.黃色長梁與圓銷連接6.黃色長梁固定在馬達上7.雙銷直角連接件8.雙銷直角連接件與綠色三孔圓梁連接9.連接黑色圓銷10.直角梁11.直角梁與圓銷連接12.直角梁固定在雙銷直角連接件上13.制作對稱的兩個積木件14.灰色梁連接兩個積木件15.前面已做好的馬達16.將連接件固定在馬達上17.車體底部18.四方形連接器固定在背面19.四個軸銷連接件加固20.雙銷直角連接器21.紅色直角梁22.雙銷直角連接器與紅色直角梁連接23.制作對稱的兩個24.樂高金屬球和球罩25.樂高金屬球放