仿真机器人教案(21页).doc

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1、-仿真机器人教案-第 20 页第一课：教学机器人概述教学目标：1. 了解机器人的概念。2. 了解机器人的分类和用途。3. 培养对机器人的浓厚兴趣。教学重点：培养对机器人的浓厚兴趣。教学难点：了解机器人的概念。教学准备：机器人仿真环境软件。教学过程：一、问题导入同学们，你们队机器人感兴趣吗？你们队机器人了解多少？二、了解机器人1.讲授机器人概念机器人是一种可编程的多功能智能操作机，或是为了执行不同的任务而具有电脑控制功能、可编程实现动作的专门系统。它是高级整合控制论、机械电子、计算机、材料和仿生学的产物。在工业、医学、农业、建筑业甚至军事等领域中均有重要用途。一般由执行机构、驱动装置、检测装置和

2、控制系统和复杂机械等组成。2.通过图片让同学们了解各种机器人民用机器人娱乐用机器人军事用机器人科研机器人三、练习巩固和同学们一块通过网络了解更多的关于机器人比赛的信息四、布置作业设计一个自己想象中的机器人，画图并用文字说明自己的机器人有什么功能和特点。第二课：教学机器人和仿真机器人教学教学目标：了解教学机器人的概况。了解能力风暴教学机器人的身体结构。了解和应用能力风暴教学机器人的仿真教学环境。教学重点：了解和应用能力风暴教学机器人的仿真教学环境。教学难点：了解能力风暴教学机器人的身体结构。教学准备：机器人仿真环境软件。教学过程：一、问题导入我们没有购买到机器人怎么办？我们怎么才能够通过其他渠道

3、学习和了解机器人。二、通过网络展示教学机器人概况随着人工智能技术、计算机技术等相关技术的发展，对智能机器人的研究越来越多。在教育领域，许多学校已在学生中开设了机器人学方面的有关课程或开设了兴趣实践小组。为了满足这些需要，人们专门研制出来了各种适合于教学用的机器人。三、介绍能力风暴教学机器人情况在中，有五种型号的机器人：AS-M、AS-MII、AS-UII、AS-InfoX和AS-InfoM。虚拟机器人的身体结构跟真实的能力风暴智能机器人是相似的。感觉器官能力风暴智能机器人的感觉功能，是由机器人的传感器实现的。能力风暴机器人身上安装的传感器有以下几种：红外传感器红外传感器由红外发射器和红外接收器

4、两部分组成。一旦程序中发出“红外测障”的指令，红外发射器就开始发射红外线。红外线遇到障碍物会反射回来，被红外接收器接收，从而机器人就能判断出障碍物所在的方位。碰撞传感器虚拟机器人的碰撞传感器能够检测左、右、前、后四个方向的碰撞，型号为AS-InfoX的机器人只能检测前、左、右三个方向的碰撞。光敏传感器光敏传感器能够检测光线的强度，检测到的值为0255之间的整数。光线越亮，检测到的数值越小；光线越暗，检测到的数值越大。地面灰度传感器地面灰度传感器能够检测地面的灰度，检测到的值为0255之间的整数。地面颜色越深，灰度值越大；地面颜色越浅，灰度值越小。此项功能跟真实的能力风暴智能机器人基本相同。声音

5、传感器声音传感器能够检测声强大小，检测到的值为0255之间的整数。数值越小，声音越低；数值越大，声音越响。此项功能跟真实的能力风暴智能机器人是一样的。四、给学生演示，并让学生了解仿真运行环境前面我们已经详细地介绍了教学机器人，但是由于教学用机器人比较昂贵，一般的农村学校由于经费短缺，尚且不能配备实物机器人。为了教学的需要，人们又开发了模拟仿真的环境，也就是用计算机软件来模拟实物机器人的运行情况。这种形式的教学就是本书所要提的仿真机器人教学。五、布置作业通过网络查找关于机器人和机器人教学的更多信息和知识。第三课：V仿真机器人教学编程环境教学目标：了解仿真机器人教学编程环境。观察软件，看看界面有哪

6、些部分组成。了解仿真机器人教学编程环境，从中发现什么信息呢？教学重、难点：了解仿真机器人教学编程环境。教学准备： 仿真机器人教学编程环境教学过程：一、问题导入在我们以前学习过的word、excel等软件中界面包括哪些部分？二、展示仿真机器人教学编程环境界面1.流程图编辑界面介绍“仿真版”流程图编辑界面如下图所示，由以下几个部分组成：菜单栏、工具栏、模块库（包括执行器、传感器、控制、程序模块库、AS多功能扩展卡（适用型号AS_MAS_MIIAS_UII）、通讯模块库(适用型号AS_UII)、垃圾箱、流程图生成区、JC代码显示区。下面将作具体介绍。菜单栏菜单栏中包含了各种菜单，如下图所示：将鼠标放

7、在各个菜单上，就会出现一个下拉框，可以看到其中的子菜单。分别介绍如下：文件：“新建”、“打开”、“ 保存”、“关闭”这些都是对文档最基本的操作；“输出JC程序”可根据流程图生成JC代码。编辑：在编写复杂程序的过程中，经常会用多个子程序服务于一个主程序，而“编辑”菜单中的“主程序”、“删除子程序”就为编程带来了便利。 视图：可以隐藏/显示工具条、JC代码显示区；“连接指示”则可以显示/隐藏模块的指示红点，帮助初学者掌握模块连接的技巧；可以用“流程图背景”为流程图生成区更换背景；通过“放大”、“缩小流程图”、“自动缩放”来调整流程图大小。 工具：分为“仿真当前程序”、“仿真流程图文件”、“设置选项

8、”三个功能项。“仿真当前程序”对用户正在编写的流程图进行仿真，“仿真流程图文件”对用户选择的流程图文件进行仿真。“设置选项”可以设置机器人型号和流程图文件保存路径。工具栏工具栏图标依次对应如下功能：新建打开保存仿真主程序JC代码显示缩小放大自动缩放帮助。三、模块库区介绍模块库可以通过鼠标的点击把它们分别打开。下图是AS-InfoM机器人可以使用的全部图形模块。如果机器人型号不同，会与下图略有不同。 四、流程图生成区“仿真版”中间最大一个窗口就是流程图生成区(如下图所示)，左侧的模块库区的模块可以移入到这个区域,连接生成流程图程序。在编辑流程图的过程中，还可以进行模块的插入、移动、删除等操作。J

9、C代码显示区 “仿真版”可以根据流程图程序自动生成JC语言的源程序，显示在“JC代码显示区”中(点击工具栏中的“JC代码”快捷按钮即可显示)。 垃圾箱 在编程的过程中，如果要删除某个模块，可以将模块移到“垃圾箱”处，在“垃圾箱”上点击一下，即可删除此模块。五、编程特点介绍本软件可采用两种形式进行编程，即代码编程和图形化编程。对于代码编程需要语言基础，对于一般的小学生不做要求，只要求掌握图形化编程。我们可以从模块库中点击选中一个模块将其添加到编程区域，并将模块拖放到上一个模块附近时就会产生一条连接线，这样就够成了一个流程图，在流程图的结束位置放一个结束模块，就完成了一个简单的程序，其实本软件的编

10、程实质是在画流程图，并对每个流程图的模块进行简单的参数设置，就完成了编程，这样就是图形化编程。六、布置作业1.认真打开和关闭机器人编程软件，观察其组成部分和特点。2.简单地将图形模块拖放到编程区进行连接，并练习文件的保存、打开、关闭等操作。第四课：运行和欣赏例程教学目标：1.运行和欣赏例程。2.了解仿真版各个工具栏的使用和作用。教学重、难点：了解仿真版各个工具栏的使用和作用。教学准备： 机器人仿真环境软件教学过程：一、问题导入VJC机器人编程精彩吗？你想看一看别人的编程结果吗？二、VJC机器人仿真环境介绍“仿真版”仿真工具能模拟机器人运行程序，同时提供了运行环境的创建、修改、删除、参数设置等功

11、能。在这里可以对我们编写的机器人程序进行调试或模拟实践。对于模拟环境的进入可以在编程界面下点击“工具仿真当前程序”或点击下列工具栏中的第四个仿真命令来实现进入仿真环境。关于仿真环境的退出，必须点击退出按钮，这样才能正真地退出，否则下次运行仿真环境时就会出错啦！进入仿真界面后，点击先设置仿真环境，再点击运行机器人，将机器人放到运动区域的适当位置就可以模拟运行了。对于模拟环境的设置同学们去探索，这里就不一一叙述了。三、一个例程的运行对于例程的运行我们得分三步走，首先在打开原程序，然后进入仿真环境，最后，调入仿真环境，再执行机器人即可。如上图所示，从文件的打开命令中进入对话框选择本程序自带的例程，然

12、后就可以打开并已经编好的图形程序。点击仿真命令进入仿真环境。最后一步，就要点击加载，选择沿线走场地，再点击进入环境。之后点击“运行”将机器人放到线的一段，这样就可以让机器人沿线走了。如果我们将运行环境中选择为现实轨迹那么我们就可以实现将机器人行走的轨迹留在了屏幕上。四、作业布置运行和欣赏本程序所带的例程。第五课：利用流程图解决问题教学目标： 了解流程图解决问题的办法。 了解生活中的问题解决办法有哪些。教学重、难点：了解流程图解决问题的方法教学准备：教学幻灯片教学过程：一、了解解决问题的过程生活中的解决问题的三种方式：按照某种顺序去做完某些过程；将某些过程循环做若干次；有时候就是按照某些条件的具

13、体情况有选择的执行过程我们的计算机和机器人也遵循了这三种解决问题的方式，我们对其对应的程序结构分别叫做顺序结构、循环结构和判断结构。二、各种图形所表示的思维方式以下是我们经常用来表示某些事件的操作过程，叫流程图，其实就是表示我们的思维方式的图形，你们认识吗？表示终止 表示过程 表示决策判断 表示获取数据信息我们就用上述流程图来表示一下路灯的控制思维吧。同学们注意体会一下用流程图表示思维的方法。开始是否黑夜情况判断关灯开灯等待10分钟强制结束否是三、同学们你能读懂下面的流程图吗？同学们，你能把你平时想解决的问题用图形表示吗？四、作业布置用流程图表示一下选班长的过程。第六课：图形化模块操作的方法教

14、学目标：1.介绍流程图来编写各种机器人程序的图形化编程方式。2.介绍连接模式的操作方法。教学重、难点：流程图来编写各种机器人程序的图形化编程方式教学过程：一、问题导入你知道利用流程图来编写各种机器人程序的图形化编程方式吗？你认识下面的各种模块属于流程图的那个类型，并能猜出下面各种程序控制图形的含义？本节课带着这个问题来学习图形化模块操作的方法。二、新课学习我们可以通过可以将模块添加到程序编辑区中，就可以看出来。利用图形化编程就是对上述各种图形模块进行的操作，如何操作这些模块将是本节课要解决的问题。首先来看模块的新增、连接和插入从模块库选择一个模块，单击模块的图标，把它移入流程图生成区，再单击一

15、下将其放下，你的程序就新增了一个模块。要使这个模块在程序中变为有效，需要将模块连接到流程图中。新增一个模块的过程中经常会用到“连接”这个概念。用VJC编写程序时，首先要在模块库中选择所需要的模块，将它拖入到流程图生成区，并且将此模块与程序主体连接上。模块一旦连接上，在JC代码显示区。就会自动生成与之相对应的JC代码，说明新增模块已成为程序的一部分。如果没有连接上，JC代码显示区就不会出现相应的代码，这时模块对程序不起作用。连接模块如何操作？先在模块库中点击需要增加的模块，模块就跟随光标移动了。这时将模块拖到需要连接的位置，光标的顶点放在上方模块的红点处，单击鼠标，新增的模块就与上方模块连接上了

16、。模块上的红点是可连接标志，如果模块上都没有红点，可以在“视图”菜单中选中“连接指示”，模块上就会有红点了。模块连接上的标志是什么？模块连接上之后，会出现以下标志：（1）模块间有箭头连接起来；（2）上方的模块“红点”消失；（3）JC代码显示区自动生成与新增模块相对应的代码。在程序的中间插入一个模块该如何操作呢？答：如图所示，在模块A后面插入一个新增模块，操作步骤如下：（1）点击模块B，将模块B及其以下部分移到一边，再点击一下鼠标将其放下，整个程序就分成了两个部分；（2）将新增模块连接在模块A的下方；（3）再将模块B及其以下部分连在新增模块的下方，这样就完成了插入新增模块的操作。模块的移动基本方

17、法：点击所需移动的模块，这个模块就处于“拿起”状态，将鼠标移动到目标位置，点击鼠标即可将模块放下。下面介绍两种需要“移动”操作的情况：如要将图中模块B调整到模块C的后面，操作步骤可参看图（2）（6）。模块的删除流程图生成区中的模块（除“主程序”、“子程序”模块外）均可以删除。删除的方法为：将要删除的部分从程序主体中“拿起”，再将其拖到垃圾箱处，点击一下，此部分就会自动消失。另：从模块库中“取出”的模块在没有点击放下之前，可以通过点击鼠标右键取消。三、作业要求1.把本软件中的各个模块拖放到编辑区中看看他们的样子，并右击各个模块看看其中参数应该填什么。2.再打开一个本软件的例程认真观察看他们是怎么

18、编写的，试着改变模块位置和参数再还原。第七课：我的第一个机器人程序教学目标：1. 学会将模块添加到程序流程中来。2. 体会编写一个完整的机器人程序并仿真运行。3. 学会编写机器人走正方形的程序。教学重点：体会完整的编写一个完整的机器人程序并仿真运行。教学难点：学会调试机器人程序。教学准备：微机教室、教学ppt等教学过程：一、谈话导入同学们，经过这一阶段的了解知道了一些机器人方面的常识，但是我们还没有完整地编过一个机器人程序项目，你知道怎样才能完整地实现一个机器人编程项目？出示本节课要求：为机器人编程，使之能走一个正方形。走的时候显示轨迹。二、程序分析相关模块：直行、转向。项目解析：编写“走正方

19、形”程序可参照上图编写，项目的难点在于要反复调整“转向模块”中转向时间和速度，以便机器人正好转90。“直行”、“转向”模块的参数设置方法可参考“帮助”电子文档“执行器模块”。编程思路机器人走四边形就让机器人完成“前进转弯前进转弯前进转弯前进转弯”，也就是说机器人需要完成四个“前进转弯”。而要让机器人完成一个“前进转弯”首先就需要启动电机，使机器人能以一定的速度向前运行一段路程，然后停下，以左轮为中心旋转90再停下，这样就走完了四边形的一边。要让机器人走四个边，这里有一个简便的方法，这就是循环，循环重复上述步骤4次，机器人就能够走完一个四边形了 。三、编程操作实践图形化方法编程操作进入“仿真版”

20、的流程图编辑界面，编写此程序的步骤如下：用鼠标点击左边“控制模块库”，从中选择“多次循环”。将此模块拖到流程图生成区，与主程序相连，如图所示。鼠标右键点击此图标，就会出现如图所示界面，输入循环次数 4 . 点击“执行器模块库”，选择“直行”模块，连接在流程图中。在模块上右击鼠标，弹出一个对话框。在对话框中可设置“电机速度”，前进范围从0100，数值越大，行走越快；“时间”框内填写所要行走的时间值。这一个步骤是让机器人完成走直线的任务。再点击“执行器模块库”，选择“转向”模块，连接在流程图中，在模块上右击鼠标，出现如图所示对话框，在“速度”和“时间”状态栏内，分别填写适当的值，使机器人向右旋转9

21、0。这样走四边形的程序就编写好了，只需要我们保存和运行了。软件仿真程序编写完毕，接下来就可通过仿真软件进行仿真了。在流程图界面中，选择菜单栏中“工具（T）”选项卡下的“仿真当前程序”选项，或者点击“仿真”快捷按钮，进入仿真系统 。在仿真主界面下方的初始设置栏下，点击一下“有轨迹”按钮， 以便在机器人运行时，观察它的轨迹。然后点击“运行”按钮，得到一个虚拟机器人。将机器人放到中央的运行区，机器人就会走出一个四边形，并且可以看到它的轨迹。下图为仿真结果。四、作业布置自己编一个走六边形的程序并实践。第八课：走五角星的机器人教学目标：1. 继续体验完整的编写机器人程序和仿真运行的全过程。2. 学会用实

22、验法编写让机器人走五角星的程序。3. 培养学生分析问题、解决问题的能力。教学重点：学会用实验法编写让机器人走五角星的程序。教学难点：编程的实验方法。教学准备：微机教室、机器人仿真环境。教学过程：一、谈话导入我们会编走四边形的机器人，那么我们会让机器人周五角星吗？二、活动任务分析项目内容：为机器人编程，使之能走出一个五角星的形状。走的时候显示轨迹。要求使用“条件循环”模块。相关模块：直行、转向、条件循环、计算。三、程序设计与仿真实践程序设计通过该项目的学习可熟悉仿真版中引用变量、变量百宝箱的概念以及“条件循环”和“计算”模块的使用。“条件循环”模块在“控制模块库”中。从上图中可以看到，要画出一个

23、五角星，需重复五次“前进、右转”的动作，右转的角度为1440。五角星的大小由前进的距离所决定。在本例中，要求使用“条件循环”模块，我们可以将其中的条件表达式设置为整型变量一 5在程序中，让整型变量一从0开始变化，每循环一次，就令整型变量一增加1。当整型变量一等于0、1、2、3、4时，条件表达式都能满足；当整型变量一等于5时，条件表达式不再满足。于是循环将进行5次，然后就跳出循环，程序结束。参数设置最初的“计算”模块：计算表达式为整型变量一 0“前进”模块：速度80，时间秒。可自行调整。“右转”模块：相对速度100，时间秒。可自行调整。“条件循环”模块：条件表达式为整型变量一 5循环体中的“计算

24、”模块：计算表达式为整型变量一 整型变量一 1第二个“计算”模块参数设置的方法如下面所述：在“计算”模块上右击鼠标，打开参数设置对话框；选择右上角的“引用变量”，这时会出现变量百宝箱。在变量百宝箱中点击一下“整型变量一”，在整型变量一右边就会出现一把小钥匙，表明整型变量一被选中了。点击“确认”。写出完整的计算表达式“整型变量一 整型变量一 1”，如图所示。仿真运行程序编好后，就可以仿真运行了。点击工具栏中的“仿真”快捷按钮，进入仿真环境主界面，选择“显示轨迹”，然后点击“运行”键，得到一个虚拟机器人，将虚拟机器人放在运行区，就能看到机器人走出的轨迹。计算机执行程序的过程如下：首先将“整型变量一”赋值为0，然后进入条件循环。每循环一次，机器人前进一段距离，并右转一个角度，画出五角星的一条边，同时整型变量一增加1。故整型变量一从0依次变为1、2、3、4。当整型变量一等于5的时候，条件表达式不再满足，条件循环中止，程序就结束了。四、布置作业自己编一个自由行走机器人的程序并实践。