第15課傳感器

1、第15課傳感器教學(xué)目的與要求1學(xué)習(xí)學(xué)生機(jī)器人的“主要器官”。2能夠了解傳感器的主要功能。3平等交流，掌握各“器官”的作用。4能夠建立正確的機(jī)器人整體概念。5學(xué)會(huì)正確對(duì)待傳感器的工作方式。6激發(fā)對(duì)學(xué)生機(jī)器人這一信息媒體的學(xué)習(xí)熱情。7嘗試用人的“器官”概念理解機(jī)器人的“器官”概念。8為傳感器的學(xué)習(xí)建立合適的實(shí)踐渠道。課時(shí)安排建議安排2課時(shí)。教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)1重點(diǎn)：學(xué)習(xí)學(xué)生機(jī)器人的“主要器官”。2難點(diǎn)：理解傳感器的功能。教材分析與教法建議1教材的地位與作用本課是機(jī)器人部分內(nèi)容中，傳感器部分的重點(diǎn)章節(jié)，起到承上啟下的作用。傳感器的學(xué)習(xí)在小學(xué)信息技術(shù)階段有著重要的意義，是學(xué)生理解學(xué)生機(jī)器人原理、設(shè)計(jì)學(xué)生機(jī)

2、器人運(yùn)動(dòng)的重要環(huán)節(jié)，對(duì)促發(fā)學(xué)生的整體概念形成有著舉足輕重的作用。本課教學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容在于讓學(xué)生了解傳感器的原理和功能，促進(jìn)學(xué)生的知識(shí)遷移。本課是前面知識(shí)的總結(jié)和提高，也是今后學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。2教學(xué)方法指導(dǎo)（1）本課是練習(xí)學(xué)生創(chuàng)新能力的實(shí)踐課，要求學(xué)生盡可能多地使用本單元學(xué)習(xí)的技術(shù)。（2）教師應(yīng)該事先準(zhǔn)備好學(xué)生制作機(jī)器人所需的素材、傳感器實(shí)物等。（3）本節(jié)課的關(guān)鍵是“評(píng)價(jià)與共享”，這既是指技術(shù)上的評(píng)價(jià)，也是指資源上的共享。全班交流，小組內(nèi)研究。（4）教師應(yīng)合理安排好時(shí)間，交流部分是本節(jié)課的難點(diǎn)，既要運(yùn)用準(zhǔn)確的語(yǔ)言介紹作品，又要給予充分的時(shí)間讓學(xué)生接觸實(shí)物。參考資料傳感器（顧名思義就是對(duì)光產(chǎn)生反應(yīng)的傳感

3、器，比如紅外傳感器）、聲傳感器（比如microphone）、力傳感器（比如壓敏傳感器）、位置傳感器（比如陀螺儀）。傳感器是機(jī)器人和現(xiàn)實(shí)世界之間的紐帶。般根據(jù)傳感器的工作特征，可以分為：光學(xué)光傳感器：光傳感器的范圍很廣，有最簡(jiǎn)單的光敏電阻，就是光強(qiáng)度的大小改變電阻的阻值從而實(shí)現(xiàn)對(duì)光強(qiáng)度的感知，也有目前最復(fù)雜的攝像頭Camera。然而在我們機(jī)器人中，用得最多的是Infra-red紅外傳感器，其中的紅外接近傳感器是機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中必不可少的傳感器，通過(guò)它，目前我們可以獲得機(jī)器人的在移動(dòng)過(guò)程中與前面障礙物之間的距離，當(dāng)然這距離非常短。不過(guò)，對(duì)于我們的機(jī)器人來(lái)說(shuō)，這也是目前唯一的可承受的選擇。還有一種

4、目前比較有用的紅外傳感器是叫紅外探測(cè)器，它不同于上面的紅外接近傳感器，它沒(méi)有紅外發(fā)射器，只有一個(gè)紅外接受單元，由被測(cè)物體發(fā)出紅外信號(hào)。一般用來(lái)做熱感應(yīng)用，比如人走近或者動(dòng)物走進(jìn)這樣的傳感器時(shí)，它就會(huì)產(chǎn)生信號(hào)。在生產(chǎn)安全領(lǐng)域用的比較多。對(duì)于我們嗎，最多就是有人走進(jìn)的時(shí)候能夠作為一種感知手段來(lái)讓機(jī)器人獲得：“哇，有個(gè)發(fā)紅外線(xiàn)的家伙沖我走過(guò)來(lái)了”這樣的信息。還有一種目前我們也能承受的是攝像頭，與之相配套的，能應(yīng)用于機(jī)器人的識(shí)別軟件和硬件還相對(duì)比較少和昂貴，目前成熟的市場(chǎng)產(chǎn)品有美國(guó)卡耐基-梅隆大學(xué)開(kāi)發(fā)的CMU-Camera套裝，但是價(jià)格較為昂貴。但是如果我們不用他們的套裝，自己開(kāi)發(fā)的話(huà)，其它硬件投入相

5、對(duì)少了，但是你要對(duì)計(jì)算機(jī)編程相當(dāng)精通，而且難度相對(duì)很大。力傳感器：力傳感器是用來(lái)檢測(cè)碰撞或者接觸信號(hào)的，比如機(jī)械手的應(yīng)用，當(dāng)你放一個(gè)東西到機(jī)械手的時(shí)候，機(jī)械手自動(dòng)抓住它，它就需要力傳感器檢測(cè)東西抓得緊不緊。典型的力傳感器是微動(dòng)開(kāi)關(guān)和壓敏傳感器。微動(dòng)開(kāi)關(guān)其實(shí)就是一個(gè)小開(kāi)關(guān)，通過(guò)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)上的杠桿長(zhǎng)短，能夠調(diào)節(jié)觸動(dòng)開(kāi)關(guān)的力的大小。用來(lái)做碰撞檢測(cè)這是最好不過(guò)了。但是這種傳感器必須事先確定好力的閥值，也就是說(shuō)只能實(shí)現(xiàn)硬件控制。而壓敏傳感器是能根據(jù)受力大小，自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出電壓或者電流，從而可以實(shí)現(xiàn)軟件控制。聲覺(jué)傳感器：目前最多的也就是麥克風(fēng)了。主要的問(wèn)題是如何處理聲音信號(hào)。當(dāng)前沒(méi)有一個(gè)比較好的聲音解決方案。

6、超聲波傳感器和紅外接近傳感器很像，也屬于距離探測(cè)傳感器，但是它能提供比紅外傳感器更遠(yuǎn)的探測(cè)范圍，而且還能提供一個(gè)范圍的探測(cè)而不是一條線(xiàn)的探測(cè)。也是目前用的最多的距離傳感器之一了。位置和姿態(tài)傳感器：機(jī)器人在移動(dòng)或者動(dòng)作的時(shí)候必須時(shí)時(shí)刻刻知道自己的姿態(tài)動(dòng)作，否則就會(huì)產(chǎn)生控制中的一個(gè)開(kāi)環(huán)問(wèn)題，沒(méi)有反饋。位置傳感器和姿態(tài)傳感器就是這個(gè)用的。常用的有光電編碼器，由于機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)一般是電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)的圈數(shù)，可以得出電機(jī)帶動(dòng)部件的大致位置，編碼器就是這樣一種傳感器，它一般和電機(jī)軸或者轉(zhuǎn)動(dòng)部件直接連接，電機(jī)或者轉(zhuǎn)動(dòng)部件轉(zhuǎn)了多少圈或者角度能夠通過(guò)編碼器讀出，控制軟件再根據(jù)讀出數(shù)據(jù)進(jìn)行位置估計(jì)。還有

7、一種是陀螺儀，這是利用陀螺原理制作的傳感器，主要可以測(cè)得移動(dòng)機(jī)器人的移動(dòng)加速度，轉(zhuǎn)過(guò)的角度等信息。1引入師：同學(xué)們，你們喜歡機(jī)器貓嗎？你最喜歡其中的哪個(gè)人物或一段故事情呢？生：回答老師提問(wèn)。師：機(jī)器貓就是一種虛擬的機(jī)器人，它非常能干，可以幫助小主人公完成很多心愿。這些就是靠它靈巧的雙手完成的。今天，就讓我們來(lái)繼續(xù)學(xué)習(xí)學(xué)生機(jī)器人的小器官是怎么樣變出“大神奇”的。（板書(shū)課題）設(shè)計(jì)意圖：以“有知”喚醒“無(wú)序”，從實(shí)物入手，幫助學(xué)生克服學(xué)習(xí)新知識(shí)的恐懼心理。2新授一：學(xué)習(xí)機(jī)器人的“主要器官”（第一課時(shí)）師：機(jī)器貓非常靈活，它是小主人公的好朋友，請(qǐng)你觀察下它，看看它是怎么樣讓小主人知道它的喜怒哀樂(lè)的呢？

8、（播放機(jī)器貓的視頻片斷）（學(xué)生討論）師：請(qǐng)回答下面一組問(wèn)題：（1）機(jī)器人的“表情”部件有哪些？（2）機(jī)器人的“感覺(jué)”部件有哪些？（3）在機(jī)器貓的身上找一找，它們都藏在哪里了呢？（學(xué)生回答問(wèn)題，接合課本內(nèi)容，并討論）（觀察多組學(xué)生機(jī)器人的照片，介紹機(jī)器人的主要器官組成，有條件的情況下，可讓學(xué)生動(dòng)手觸摸學(xué)生機(jī)器人）設(shè)計(jì)意圖：用學(xué)生較為熟悉的實(shí)物作為切入口，幫助學(xué)生完成知識(shí)的遷移；在真實(shí)的環(huán)境中完成學(xué)習(xí)的環(huán)節(jié)。3新授二：了解傳感器的主要功能（第二課時(shí)）師：機(jī)器貓可以完成很多復(fù)雜的工作，神奇極了，在現(xiàn)實(shí)的學(xué)生機(jī)器人身上，也能有這樣的神奇。不過(guò)，它們運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，可不是像我們?nèi)祟?lèi)一樣，用手腳來(lái)運(yùn)動(dòng)，而是通

9、過(guò)一個(gè)特別重要的器官來(lái)實(shí)現(xiàn)的，它就是一一傳感器！讓我們一起來(lái)看看這個(gè)神奇的器官!（學(xué)生看書(shū)，閱讀相關(guān)的章節(jié)）（教師輔導(dǎo)巡視）知識(shí)小問(wèn)答：（1）傳感器相當(dāng)于人類(lèi)的什么器官呢？（2）傳感器分為哪幾種類(lèi)型呢？（3）每種類(lèi)型的工作動(dòng)力是什么呢？（4）為什么機(jī)器人一定要有傳感器呢？（學(xué)生分小組討論）師：結(jié)合實(shí)物進(jìn)行詳細(xì)的講解。（學(xué)生觀察）注意：此處學(xué)生適應(yīng)有一定難度，教師可接合課件中的圖片進(jìn)行詳細(xì)的講解，幫助學(xué)生適應(yīng)過(guò)程。根據(jù)不同的生源特點(diǎn)，教師要采用不同的進(jìn)度和頻率，保證學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。設(shè)計(jì)意圖：在理解、完成上個(gè)任務(wù)的基礎(chǔ)上，再次提升任務(wù)的難度，讓學(xué)生在此中領(lǐng)略知識(shí)的快感；將復(fù)雜的知識(shí)細(xì)化，幫助學(xué)生梳理已有的知識(shí)體系；用客觀形象來(lái)加深學(xué)生的理解；讓學(xué)生有