《移動機(jī)器人構(gòu)建與編程》課程教學(xué)大綱

《移動機(jī)器人構(gòu)建與編程》課程教學(xué)大綱課程基本信息（CourseInformation）課程代碼（CourseCode）ME034*學(xué)時（CreditHours）16*學(xué)分（Credits）1*課程名稱（CourseName）（中文）移動機(jī)器人構(gòu)建與編程（英文）DesigningandProgrammingofMobileRobot課程性質(zhì)(CourseType)本課程是一門關(guān)于移動機(jī)器人構(gòu)建與編程的實(shí)踐類課程。課程以美國Parallax公司的智能移動機(jī)器人、或Arduino開源硬件等教學(xué)套件為載體，分層次組織教學(xué)。通過組裝移動小車、搭建電路以及編寫控制程序的過程，使學(xué)生對移動機(jī)器人的設(shè)計過程以及功能實(shí)現(xiàn)手段有深入的了解，從而對機(jī)、電、傳感、控制、人機(jī)交互等機(jī)電一體化技術(shù)有更為全面的認(rèn)識。同時，本課程的學(xué)習(xí)也會為學(xué)生開展其他種類機(jī)器人的設(shè)計提供有益幫助和指導(dǎo)。授課對象（Audience）全校學(xué)生授課語言(LanguageofInstruction)中文*開課院系（School）學(xué)生創(chuàng)新中心先修課程（Prerequisite）無*課程簡介（Description）（中文300-500字，含課程性質(zhì)、主要教學(xué)內(nèi)容、課程教學(xué)目標(biāo)等）本課程是一門關(guān)于移動機(jī)器人任務(wù)構(gòu)建與編程的實(shí)踐選修課。課程以Parallax公司的Boe-Bot機(jī)器人開發(fā)套件，或Arduino等開源硬件為實(shí)踐教學(xué)工具，根據(jù)學(xué)生知識層次開放教學(xué)，內(nèi)容涉及電機(jī)控制、觸覺、光敏、紅外傳感器等的使用以及微控制器的編程等環(huán)節(jié)。通過設(shè)計各種巡航以及導(dǎo)航任務(wù)，使學(xué)生理解和掌握移動機(jī)器人設(shè)計制作中的基本技術(shù)。該課程的學(xué)習(xí)有助于學(xué)生對機(jī)器人的完整設(shè)計過程有一個初步的了解，對機(jī)器人的任務(wù)設(shè)計與控制編程中的各個環(huán)節(jié)有一個切身的體驗(yàn)，為開展其他機(jī)器人設(shè)計工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。*課程簡介（Description）（英文300-500字）Thecourseisakindofelectivepracticecourseaboutdesigningandprogrammingofmobilerobot.TakingBoe-BotrobotdevelopkitofParallaxInc.asthepracticeteachingtool,itscontentinvolvethecontrollingofservomotor,applicationoftouchsensor,photosensitivesenor,infraredsensorandprogrammingofmicro-controller.Studentsarerequiredtofinishsomecruiseandnavigationtasks,sothattheycanunderstandandmasterthefundamentaltechnologiestodesignandmakemobilerobot.Thestudyofthiscoursewillhelpstudentstoknowthewholedesignprocessandhavetherealexperienceaboutallthedesign,sothattheyhavemorewell-knitabilitytodevelopotherkindrobots.課程教學(xué)大綱（coursesyllabus）*學(xué)習(xí)目標(biāo)(LearningOutcomes)1．本課程按照“學(xué)中做，做中學(xué)”理念，在組裝移動小車、搭建探測電路以及編寫任務(wù)控制程序中，學(xué)習(xí)并掌握電機(jī)控制、簡單的傳感器使用及檢測方法，實(shí)現(xiàn)移動機(jī)器人的運(yùn)動規(guī)劃及自主導(dǎo)航任務(wù)。2．結(jié)合移動機(jī)器人主題，采取小組合作的方式，按照工程培養(yǎng)模式，進(jìn)行自主創(chuàng)意的方案設(shè)計并匯報展示，從工程基礎(chǔ)知識、個人能力、人際團(tuán)隊(duì)能力和工程系統(tǒng)四個層面得到鍛煉和提高。*教學(xué)內(nèi)容、進(jìn)度安排及要求(ClassSchedule&Requirements)教學(xué)內(nèi)容學(xué)時教學(xué)方式課堂及要求基本要求考查方式機(jī)器人概述1PPT介紹介紹機(jī)器人的概念、分類、體系結(jié)構(gòu)等。以移動機(jī)器人為例，進(jìn)行具體分析。介紹本課程的進(jìn)度安排、考核方式等。學(xué)生對機(jī)器人的體系結(jié)構(gòu)、功能劃分有所認(rèn)識。課程總結(jié)報告伺服電機(jī)測試和Boe-Bot機(jī)器人的組裝3PPT介紹課堂實(shí)驗(yàn)介紹寶貝車的硬件、軟件組成，重點(diǎn)講解教學(xué)板以及BASICStamp2微控制器，或Arduino開發(fā)板。介紹移動機(jī)器人常用的幾種電機(jī)以及控制方法。介紹Boe-Bot機(jī)器人伺服電機(jī)的控制方法、伺服電機(jī)調(diào)零。掌握伺服電機(jī)調(diào)零、控制方法以及程序調(diào)試方法。課堂實(shí)驗(yàn)一巡航控制2PPT介紹課堂實(shí)驗(yàn)編程實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的基本動作：向前、向后、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)和原地旋轉(zhuǎn)、機(jī)器人的變速運(yùn)動控制。通過測試機(jī)器人脈沖數(shù)與機(jī)器人運(yùn)動距離的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的精確動作。掌握控制子程序的設(shè)計，掌握在EEPROM中建立復(fù)雜運(yùn)動。課堂實(shí)驗(yàn)二觸覺導(dǎo)航2PPT介紹課堂實(shí)驗(yàn)理解感知－規(guī)劃－控制的設(shè)計流程。搭建觸覺探測電路，編寫觸覺導(dǎo)航程序。掌握電路測試和程序調(diào)試方法，實(shí)現(xiàn)觸覺導(dǎo)航功能以及機(jī)器人課堂實(shí)驗(yàn)三（選做之一）光敏電阻導(dǎo)航2PPT介紹課堂實(shí)驗(yàn)了解光傳感器的應(yīng)用。搭建光探測電路和編寫光敏電阻導(dǎo)航控制程序，實(shí)現(xiàn)躲避陰影、光束導(dǎo)引等控制任務(wù)。實(shí)現(xiàn)上述導(dǎo)航任務(wù)課堂實(shí)驗(yàn)四（選做之一）紅外線導(dǎo)航2PPT介紹課堂實(shí)驗(yàn)了解紅外線信號的應(yīng)用場所。搭建紅外線探測電路和編寫紅外導(dǎo)航控制程序。實(shí)現(xiàn)避碰、邊沿探測等控制要求。課堂實(shí)驗(yàn)五機(jī)器人的距離檢測和多感知信息融合控制2PPT介紹課堂實(shí)驗(yàn)掌握紅外傳感器進(jìn)行距離檢測的方法；設(shè)計控制任務(wù)，融合觸覺、光敏電阻、紅外傳感器信息進(jìn)行導(dǎo)航。掌握PID控制方法課堂實(shí)驗(yàn)六基于QTI巡線模組的巡線及搬運(yùn)任務(wù)2PPT介紹課堂實(shí)驗(yàn)介紹QTI模組的使用方法，完成巡線任務(wù)和物塊搬運(yùn)任務(wù)。掌握QTI模組的使用方法，綜合巡航控制，完成課堂實(shí)驗(yàn)七創(chuàng)意方案匯報2學(xué)生匯報互動問答設(shè)想利用該教學(xué)套件進(jìn)行其他的開發(fā)應(yīng)用要求所提方案有一定的創(chuàng)意、學(xué)生有較好的表達(dá)能力匯報本課程屬于實(shí)踐類課程，以學(xué)生動手制作、編程為主。配合教學(xué)內(nèi)容具體完成以下實(shí)驗(yàn)任務(wù)：實(shí)驗(yàn)一：電機(jī)測試、寶貝機(jī)器人硬件組裝和系統(tǒng)測試任務(wù)一：通過LED觀察伺服電機(jī)的控制信號任務(wù)二：伺服電機(jī)調(diào)零任務(wù)三：開始/復(fù)位指示電路編程任務(wù)四：繪制脈寬與速度的關(guān)系曲線圖實(shí)驗(yàn)二：巡航控制任務(wù)一：完成車體的基本動作（前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)和原地選抓），調(diào)節(jié)運(yùn)動使動作更加精確任務(wù)二：實(shí)現(xiàn)逐步加速或減速運(yùn)動任務(wù)三：運(yùn)動指定距離，得出距離與脈沖數(shù)的關(guān)系實(shí)驗(yàn)三：觸覺導(dǎo)航任務(wù)一：完成觸覺探測電路的測試任務(wù)二：觸覺導(dǎo)航任務(wù)三：行進(jìn)死角的智能判斷實(shí)驗(yàn)四：光敏電阻導(dǎo)航任務(wù)一：完成光敏電阻探測電路的測試任務(wù)二：手電筒光束導(dǎo)引任務(wù)三：向光源移動實(shí)驗(yàn)五：紅外線導(dǎo)航任務(wù)一：完成紅外線導(dǎo)航探測電路的測試任務(wù)二：高性能IR導(dǎo)航任務(wù)三：檢測桌面邊沿實(shí)驗(yàn)六：紅外線距離檢測和多感知信息融合導(dǎo)航任務(wù)一：距離探測任務(wù)二：車體跟蹤任務(wù)三：綜合應(yīng)用觸覺、光敏電阻、紅外傳感器完成復(fù)雜環(huán)境下的導(dǎo)航任務(wù)實(shí)驗(yàn)七：QTI巡航任務(wù)任務(wù)一：S彎路線尋跡任務(wù)二：三色物塊的搬運(yùn)任務(wù)*考核方式(Grading)（成績構(gòu)成）采取百分制，按照出勤、作業(yè)、實(shí)踐環(huán)節(jié)、課程總結(jié)報告4個方面進(jìn)行考核。其中：考勤占5%，課堂表現(xiàn)10%，實(shí)驗(yàn)50%，綜合項(xiàng)目20%，課程總結(jié)報告15%*教材或參考資料(Textbooks&OtherMaterials)教材：基礎(chǔ)機(jī)器人制作與編程.秦志強(qiáng)，陳偉，王文武編譯.電子工業(yè)出版社，20