1、第 10 课 轨迹机器人 教案 绵阳中学 苏远龙 教材分析： 1 教材概况 本节课是知识缧旋性上升中的综合性知识的一部分，在前的几节课中我们学习了关于 机器人主机、传感器，并用实验完成了机器人走迷宫的项目任务，在此基础为了加快学习 步伐我们介绍了在仿真环境中如何构建一个机器人来完成我们自设的任务，有了这些知识， 我们巳对机器人的相关知识有了深入的了解和掌握，在此基础上我们学习本节的沿着某一 特定路线运动的轨迹机器人，让我们的知识进一步深化；在学生的创造、创新、综合素质 方面可以进一步的体现。 教学目标 知识与技能： 学习乐高的光电传感器； 搭建一个轨迹机器人，在图形编程方式下完成走轨迹； 学习
2、图形编程语言（ROBLAB）的条件分支、循环、容量的使用； 过程与方法：举例拓展视野，情景导入； 作品分析，主题研究，巩固知识，提高应用所学知识解决实际问题的能 力 自主探究，并发现问题；总结方法，解答疑问。 树立模范，利用活动组，形成比干追，对表现突出的给予一定的奖励。 情感态度与价值观：人人争做优秀 2 教学重难点 重点： 乐高光电传感器的使用；轨迹任务的分析、流程图、编程，搭建一个轨迹机器 人；ROBOLAB 编程工具的补充介绍，并介绍其中的条件分支、容器、循环的使用。 难点： 写流程图，编走轨迹程序；分支、循环、容器的使用。 学生分析： 学生对此课非常感兴趣，但课堂中合作要加强，课后设
3、备的整理、规范应形成习惯 。 教学过程： 一、关于轨迹机器人 通常我们把沿着一定路线运动的机器人，叫做轨迹机器人。 近年国际、国内各地组织的各级青少年机器人竞赛活动中，每一次竞赛活动轨迹机器 人的活动项目是最多的。如，机器人滑雪，沿固定路线运动，机器人穿越障碍，机器人灭 火等项目。 轨迹机器人的共性是：它是搭建、控制机器人沿着一定路线运动，识别场地中特定颜 色标识，利用机械结构、应用传感器、编程控制的一项基础又具挑战性的机器人研究活动。 现在请大家观看一些关于机器走轨迹的视频： 机器人营救，机器人灭火，单光感走黑线，小学滑雪，城市交通，打保龄球 示例图示 1： 目标通过视频让学 生对轨迹机器有
4、一个了解，为下面 教学起到引领作用。 二、乐高机器人的光电传感器 通过上面的视频和学习，我们了解到了什么是轨迹机器人，轨迹机器人是挑战性很强 的研究活动，各种活动都少不了用到一种让机器人来识别场地，辨识颜色标识的光电传感 器，现在我就以乐高的光电传感器来给大家介绍一下。 在前边的课程中我了解到光电传感器传感器相当于机器人的眼睛，那么再来学习一下 光电传感器的知识： 乐高光电传感器 原理和功能： 光电传感器机器人的眼睛，它是主要无件是一个发光二极管，有两个灯，工作时，一 个灯发红光，一个灯不发光只接收反射回来的光线。在将其接在 RCX 的输入端口上，打 开电源按下 VIEW 按钮，可以在 RCX
5、 的 LCD 上读出当前的值，如书上图 10-2 所示，其值 范围为（0100） ，光线越亮，值越大，反之越小。 动手小实验： 1，把光电传感器接 RCX 的输入端口 1，打开 RCX，按下 VIEW 按钮，读出其 LCD 上的值。 2，同一，用光电测出不同颜色的光值： 黑色反光值：（50，蓝色反光值应：(40 , 43)，红色反光值与白 色接近，因其反光值是一样的。 三、单光感走黑线 发红光 接收光 1，任务描述 搭建一个单光感机器人，沿着一个封闭的黑色轨迹线运动，线宽 2CM。 2，算法分析，画出流程图 当光电位于黑线上，C 马达停，A 马达前进，车右转直到光电检测到白色，即脱离 黑线；当
6、光电位于白色区，A 马达停，C 马达前进，直到光电检测到黑色，如此重复利 用一个光电传感器走 S 型黑线。 具体流程图见书 P10-4 所示。 （重要的是教师演示，学生自己推导一次） 3，搭建机器人 如右图所示： 测出黑线的光值为 40 4，根据分析在 ROBLAB 中写出单光感走黑线的程序，如下图： 提示：先介绍 ROBLAB 及其编程环境，了解图形编程的方便、快捷、直观、高效。 程序注释： 1， 光感条件分支语句：根据与给定的光感值条件比较大小，由 比较出的不同结果作出相应的动作，如马达转或停。默认的是 1 号输入端 口（没有指明端口时） 。 2，分支合并 ，凡是用到分支语句都需要用合并图
7、标，否则就要出错。 3，着陆图标： ，跳转图标： ；它们表示无条件循环，根据不同条件从跳转地跳 回到着陆区后又开始执行，它们必须是同一颜色的跳转，可以从不同地方返回到唯一的开 始区（着陆图标的位置） 。 补充：ROBLAB 提供 5 种颜色的跳转，当要使用多出 5 种时，使用白色着陆和 跳转图标，下面用相应的常数数值表示，如图所示，但一定要用同序号跳转图标。 5，下载、调试机器人 每一组同学下载程序到 RCX 中进行调试，看一看有什么问题？能否走黑线？成功率高吗？ 6，程序的优化 通过调试我们发现当前测的光感值 40 时能够大多完成任务，但随着时间和地点不一样， 光值为发生变化，这样就不能走黑
8、线了；那么我们有没有解决的办法，让机器人自己自动 取得光值呢？ 要想解决这个问题，我们必须引入一个容器概念，如下面几个图所示介绍一下容器的使 用： 表示读出 1 号输入端口上的光电值，并把它赋值到红色容器中，相对于给 变量赋值。 表示给红色容器的值加上 4 后再赋给红色容器。 表示光感分支图标的 1 端口的值与红红容器的值做比较，根据比较不同做 出相应的动作。 有了以上的知识新那么现在我们就来优化我们的程序吧。 程序见书上 P69 图 10-7 所示，下载并重新调试，观察成功率是否高了。 四、用双光感走轨迹 1，问题展现，引出新课 通过前面的实验和学习我们了解到单光感走一个闭合（没有交叉点）环
9、路是非常成功 的，现在我们在如书图 10-10 所示的轨迹线运行，起点可以任地方，看能否成功？实验 3 次。 通过大家动手做，我们请几个组来介绍一下他们组的情况。我们发现几个组都有同样 的问题，单走黑线没有交叉点时很成功，但一遇到交叉点和拐弯时，机器人就不知道走哪 边了，机器人就乱走了，3 次成功走完一次的都没有，请问是前面的程序不对吗？不是。 是环境光影响吗？不是，可以走黑线。那是不是我们的机器人结构有问题呢，我们用什么 方法来解决呢？ （同学讨论，提出看法、想法） 2，解决问题的办法 通过大家讨论和实践，我们需要重新分析任务、要求，改进不足。 我们发现此任务中心仍是走黑线，只是有转弯和交叉
10、点，这就是问题的所在。要解决 它们，我们需要把光感位置改在车头的两边，用两只光电来判断黑线，也称为骑黑线法， 方法是： 两个光电分别位于黑线两侧，当 1，3 号光电在白区或黑线上时，机器人前进；当 1 号 光电在白色区，3 号在黑线上，机器人右转；当 1 号在黑线上，3 号在白区，左转；机器人 的动作与光电的位置关系如图 10-12 所示： 流程图为： N Y Y N N Y 程序结束 程序开始 循环开始 A，C 前进 1 号光电红 色容器值？ 循环结束 3 号光电红 色容器值？ A 前进，C 停 3 号光电红 色容器值？ A 停，C 前进 A，C 前进 2，编程。程序如图 10-13 所示： 3，下载调试程序。 4，比一比，看谁的机器人又快又好。 快 稳定 创造、创新 五、探索活动 扩展用 3 光感走黑线 总结双光感仍然存在稳定性问题，没办法走太多方格格子的场地 组别 情况
