第8課程序設(shè)計(jì)-機(jī)器人的大腦和初步編程教學(xué)案

千里之行，始于足下朽木易折，金石可鏤Word-可編輯第8課程序設(shè)計(jì)—機(jī)器人的大腦和初步編程教學(xué)案一、提出問題機(jī)器人可以代替人類完成無數(shù)任務(wù)，它可以舉行水下作業(yè)，可以在醫(yī)院輔助醫(yī)生給患者治病，異常厲害！我們知道人可以通過大腦思量，那么機(jī)器人是如何舉行思量的呢?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(jī)器人可以像人一樣的舉行思量，那機(jī)器人的大腦畢竟是什么呢?圖8-1機(jī)器人和人技能牌樂高機(jī)器人的大腦：EV3控制器，如圖8-2所示。圖8-2EV3控制器EV3控制器基于Linux操作系統(tǒng)，300MHzARM9處理器，16M閃存，64M隨機(jī)存儲(chǔ)器。EV3控制器是樂高機(jī)器人的大腦，換句話說樂高機(jī)器人的數(shù)據(jù)計(jì)算，電機(jī)控制，傳感器采集都要通過控制器來完成。下面，先推薦一下EV3控制器。圖8-3EV3控制器按鍵如圖8-3所示，控制器正面由顯示屏和按鍵組成，按鈕分離為=1\*GB3①返回按鈕，=2\*GB3②決定按鈕，=3\*GB3③上，=4\*GB3④下，=5\*GB3⑤左，=6\*GB3⑥右6個(gè)按鈕組成。如圖8-4所示，控制器側(cè)面有USB插口和SD卡插口,USB口可以銜接USB無線網(wǎng)卡，但網(wǎng)卡需要匹配控制器的硬件要求。SD卡可以擴(kuò)展控制器的內(nèi)存，最大可以擴(kuò)展到32GB。圖8-4EV3側(cè)面如圖8-5所示，控制器前面是A，B，C，D四個(gè)輸出口，輸出口可以銜接電機(jī)或燈。此外，還有控制器的PC程序傳輸口，通過這個(gè)接口可以通過數(shù)據(jù)線把程序傳輸給控制器。圖8-5EV3前面如圖8-6所示，控制器后面是1，2，3，4四個(gè)輸入口，輸入口用來銜接傳感器。傳感器采集的數(shù)據(jù)可以傳輸給控制器去處理。圖8-6EV3后面三、要求：指定距離的機(jī)器人小車小車向前行走50CM，然后停車，并鳴笛。1.小車向前行走的距離越確切越好2.小車停下后要鳴笛暗示機(jī)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(jī)器人的大腦——EV3控制器來對(duì)樂高電機(jī)舉行控制。下面我們要使用EV3控制器來做一輛機(jī)器人小車。四、構(gòu)建小車搭建：我們來搭建一輛機(jī)器人小車，它使用兩個(gè)電機(jī)作為主動(dòng)輪來控制小車行走，并用一個(gè)金屬球作為從動(dòng)的輪子，如圖8-7所示。這里解釋一下主動(dòng)輪和從動(dòng)輪。通過電機(jī)傳動(dòng)后，可以主動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)的輪子稱為主動(dòng)輪；被動(dòng)尾隨轉(zhuǎn)動(dòng)的是從動(dòng)輪，起到輔助支撐的作用。兩個(gè)電機(jī)通過數(shù)據(jù)線分離銜接到控制器輸出口的B和C。圖8-7機(jī)器人小車底部圖8-8機(jī)器人小車側(cè)面如圖8-8所示，機(jī)器人搭建完成，前幾節(jié)課我們都是利用電源控制機(jī)器人的動(dòng)作，都需要依賴人為的操控。這節(jié)課我們運(yùn)用EV3控制器來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。為了達(dá)到這個(gè)目的，我們需要給機(jī)器人編寫程序，惟獨(dú)把程序傳輸給控制器，控制器才可以控制機(jī)器人，完成我們規(guī)定的任務(wù)。技能牌：EV3編程軟件EV3編程軟件是一個(gè)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(jié)構(gòu)，只需要把各種圖形化程序模塊銜接到一起就可以了。這樣既形象生動(dòng)，又容易易學(xué)。打開軟件后新建一個(gè)文件，如圖8-9所示。編寫程序時(shí)需要把下方的程序模塊拖到白色區(qū)域并與前面圖片用線舉行銜接。編好后的程序就像無數(shù)圖片用線縫起來一樣。圖8-9程序新建文件界面五、算法與程序：算法：為了讓小車可以確切的行駛到50CM處，我們可以讓小車以相同的速度前進(jìn)，并從起點(diǎn)到50CM處舉行計(jì)時(shí)，把時(shí)光記錄下來。再把這個(gè)時(shí)光寫到程序中，讓小車按照這個(gè)時(shí)光來前進(jìn)，這樣小車就可以前進(jìn)到盡頭處停下來。按照這個(gè)主意，我們通過以下6個(gè)步驟來實(shí)現(xiàn)。程序：編寫程序，讓小車向來向前行駛通過“移動(dòng)轉(zhuǎn)向”模塊，來控制小車向前。在模塊右上方挑選“B+C”,左下方挑選“開啟”模式，這時(shí)模塊下方分離有2個(gè)選項(xiàng)，分離是方向和功率，如圖8-10所示。圖8-10移動(dòng)轉(zhuǎn)向模塊方向：－100到100，數(shù)值代表機(jī)器人的方向，數(shù)值不同機(jī)器人轉(zhuǎn)的方向就會(huì)不同，0代表直行。功率：－100到100，正負(fù)代表前進(jìn)或后退，正方向?yàn)殡姍C(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，負(fù)方向?yàn)殡姍C(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。數(shù)值代表功率的大小。技能牌：循環(huán)結(jié)構(gòu)為了讓小車向來向前，在程序里面參加循環(huán)結(jié)構(gòu)。循環(huán)結(jié)構(gòu)可以使程序語句被循環(huán)執(zhí)行。在需要重復(fù)使用代碼的時(shí)候，循環(huán)結(jié)構(gòu)會(huì)常常被用到，如圖8-11所示。圖8-11循環(huán)結(jié)構(gòu)計(jì)時(shí)，把時(shí)光記錄下來記錄小車行駛50CM距離的時(shí)光，把時(shí)光輸入到程序中，并在“移動(dòng)轉(zhuǎn)向”模塊的左下角選中“開啟指定時(shí)光”。把記錄的時(shí)光放到時(shí)光選項(xiàng)中，如2.8秒，有了時(shí)光，我們就可以去掉循環(huán)語句，讓小車按照時(shí)光去行走，程序如圖8-12所示。圖8-12小車前進(jìn)2.8秒發(fā)出聲響在小車到達(dá)盡頭后，發(fā)出聲音。挑選聲音模塊，可以在右上角挑選樂高提供的各種聲音文件，程序如圖8-13所示。圖8-13到達(dá)盡頭并發(fā)出聲音保存如圖8-14所示，保存項(xiàng)目名稱為“juli.ev3”，EV3程序所編寫的程序文件名是“*.ev3”。8-14保存文件圖下載長按控制器的“決定”按鈕，使控制器開機(jī)。將下載傳輸線銜接到EV3控制器和電腦USB口。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(gè)按鈕分離是：“下載”，“下載并運(yùn)行”和“運(yùn)行已選模塊”。圖8-15程序下載運(yùn)行如圖8-16所示，在EV3控制器當(dāng)中，挑選文件夾中的“juli”文件夾，然后點(diǎn)擊決定按鈕挑選“program”,就可以運(yùn)行程序來控制機(jī)器人了。圖8-16EV3顯示文件夾六、優(yōu)化與改進(jìn)現(xiàn)在，我們用另一種主意來解決問題。我們已經(jīng)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(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)來控制小車行走的距離。改長進(jìn)驟：樂高輪胎的直徑我們使用的樂高輪胎的直徑是43.2mm，這個(gè)數(shù)值在樂高輪胎上有標(biāo)明，查看一下就可以知道，如圖8-17所示。圖8-17樂高輪胎通過直徑計(jì)算周長按照公式：L＝πd，π是圓周率3.14，d是樂高輪胎的直徑，Ｌ是輪胎的周長，經(jīng)過計(jì)算L＝3.14×43.2＝135.6mm。（保留一位小數(shù)）按照周長L和距離S，計(jì)算出輪胎需要轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)圈數(shù)＝S/L＝500/135.6=3.7圈(保留一位小數(shù)）編寫程序因?yàn)闃犯唠姍C(jī)里面配有轉(zhuǎn)速傳感器，可以測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度和轉(zhuǎn)速。因此我們可以在“移動(dòng)轉(zhuǎn)向”模塊左下角挑選“開啟指定圈數(shù)”并輸入圈數(shù)為3.7（1圈＝360度）。程序如圖8-18所示。下載并運(yùn)行程序，看一看機(jī)器人是否可以走50CM的距離呢?圖8-18小車前進(jìn)3.7圈七、實(shí)踐與研究機(jī)器人是如何能夠思量問題或做出動(dòng)作的?_____________________________________________________________利用時(shí)光和角度兩種測(cè)量主意控制機(jī)器人行走，哪一個(gè)越發(fā)確切呢?為什么?_________________________________________________________________________________________________________________________八、拓展機(jī)器人走四方形我們剛才已經(jīng)走了一條50CM的直線，下面請(qǐng)你讓機(jī)器人出發(fā)后走一個(gè)正方形，最后讓機(jī)器人回到起點(diǎn)。技能牌：機(jī)器人轉(zhuǎn)彎機(jī)器人轉(zhuǎn)彎還是利用“移動(dòng)轉(zhuǎn)向”模塊，為了越發(fā)確切，挑選“開啟指定度數(shù)”，方向改為51向右轉(zhuǎn)動(dòng)，功率50，角度390度，如圖8-19所示。圖8-19機(jī)器人轉(zhuǎn)彎390度注重：轉(zhuǎn)彎的角度要按照機(jī)器人所走的場地和機(jī)器人的結(jié)構(gòu)來決定。通常使機(jī)器人轉(zhuǎn)到90度的位置，要不斷的修改方向值去測(cè)試機(jī)器人的轉(zhuǎn)動(dòng)位置?？偹愕某绦?，如圖8-20所示。圖8-20程序循環(huán)4次注重循環(huán)結(jié)構(gòu)，挑選好計(jì)數(shù)循環(huán)的次數(shù)。因?yàn)橐咚倪呅我虼搜h(huán)次數(shù)取值為4。通過這個(gè)例子我們可以看到機(jī)器人的動(dòng)作是由程序來控制的，機(jī)器人本身是不會(huì)像人一樣舉行思量的，但是通過給機(jī)器人輸入程序后，就可以讓機(jī)器人像人一樣舉行思量和動(dòng)作了。九、作業(yè)如圖8-21所示，倘若讓機(jī)器人小車前進(jìn)，碰到障礙物后停止（障礙物固定在地面上，小車不會(huì)推進(jìn)），并發(fā)出聲響，你應(yīng)該用時(shí)光還是角度去控制機(jī)器人電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)呢?說說為什么?圖8-21機(jī)器人碰到障礙物停下

第八課機(jī)器人小車搭建圖樂巍峨電機(jī)與十字軸銜接樂高四方形銜接器軸銷銜接器樂高四方形銜接器固定馬達(dá)黃色長梁與圓銷銜接黃色長梁固定在馬達(dá)上雙銷直角銜接件雙銷直角銜接件與綠色三孔圓梁銜接銜接黑色圓銷直角梁直角梁與圓銷銜接直角梁固定在雙銷直角銜接件上制作對(duì)稱的兩個(gè)積木件灰色梁銜接兩個(gè)積木件前面已做好的馬達(dá)將銜接件固定