機器人基礎(chǔ)知識

1、信息技術(shù)與機器人教學信息技術(shù)與機器人教學 王 偉 2012年8月 新版教學計劃 教學計劃變化中最顯著的一個部分就是加 入了機器人教學的內(nèi)容 信息技術(shù)課與計算機課的區(qū)別 信息技術(shù)教材陳舊、知識更新速度過慢 機器人的發(fā)展 機器人課程的實質(zhì)就是對外部社會信息的 采集加工和處理的過程，而其核心更是基 于計算機原理（馮諾依曼體系） 機器人的普及是社會發(fā)展的必然趨勢 中小學信息技術(shù)課程指導綱要（小學） 七、學會設(shè)計和制作簡單的機器人，體驗 “采集信息處理信息控制動作”的基本過 程。 1、能識別是建議機器人的基本構(gòu)造；說出各 類傳感器(如聲音、光敏、紅外、溫度、觸摸)的功 能及其對人類功能的模擬，能描述機器

2、人各部分 的功能和工作原理，如通過傳感器搜集信息。通 過程序判斷處理信息、控制外部動作等流程。 中小學信息技術(shù)課程指導綱要（小學） 2、研究和了解現(xiàn)代機器人的發(fā)展趨勢，討論機 器人與人類在解決相關(guān)問題上的優(yōu)缺點。例如，機器 人對復雜情況的反應(yīng)，機器人可以完成哪些人類難以 完成的任務(wù)等。 3、學會根據(jù)生活和學習中的實際需要，設(shè)計、 動手制作或組裝簡單的實物機器人（如：機器人導盲， 機器人迎賓、滅火、踢足球、走迷宮等)，將編制好的 控制程序(使用流程圖方式)導出到實物機器人，運行 機器人并對機器人及其控制程序做出必要的調(diào)試和修 改。 4、利用程序控制機器人的運動和調(diào)試，使用流 程圖編制的簡單的控制

3、程序；初步感受利用程序解決 問題的一般過程。 中小學信息技術(shù)課程指導綱要（初中） 八、設(shè)計和制作機器人，以機器人為載體，體驗并 初步學會通過程序設(shè)計解決問題的基本過程。 機器人教學的意義 有助于學生理解各種高科技技術(shù) 對師生素質(zhì)起到提升作用 學生既需要思考又需要動手，培養(yǎng)綜合素 質(zhì)，學生興趣高漲、綜合素質(zhì)提高、創(chuàng)新 思維活躍。 鍛煉意志品質(zhì)，培養(yǎng)團隊精神 機器人教學較于計算機教學更加具有趣味 性，是一種能夠看得見摸得著的智能型編 程機器 什么是機器人 機器人不一定是人形的 機器人已經(jīng)深入到日常生活 什么是機器人 通過各類傳感器感知外部世界，從而做出 相應(yīng)判斷并執(zhí)行規(guī)定的命令的機器，就叫 做“機

4、器人” 機器人與計算機同樣符合“馮.諾依曼”原 理 馮諾依曼原理 必須有一個控制器； 必須有一個運算器，用于完成算術(shù)運算和 邏輯運算； 必須有一個存儲器； 必須有輸入設(shè)備和輸出設(shè)備，用于進行人 機通信。 程序和數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲并在程序控制下自動 工作 機器人和計算機的區(qū)別 電腦電腦機器人機器人 中央處理器CPUMCU 存儲器內(nèi)存內(nèi)存 外部存儲器硬盤程序存儲空間 移動存儲設(shè)備U盤、移動硬盤Flash芯片 輸入設(shè)備鍵盤、鼠標多種傳感器 輸出設(shè)備顯示器、聲卡、 打印機 行動系統(tǒng)、聲音、 顯示器件 工作頻率2Ghz11Mhz到100Mhz （相當于電腦486 時代） 進程管理多用戶多任務(wù)單進程順序執(zhí)行 常

5、見傳感器的種類 紅外傳感器-循跡小車、懸崖勒馬（蝙蝠的 嘴巴和耳朵） 震動傳感器-汽車防盜器 聲音傳感器-聲控開關(guān)（機器人的耳朵） 觸碰傳感器-相當于機器人的觸角 光敏傳感器-感知外界光線（眼睛） 溫度傳感器-電飯煲 磁體傳感器-計時、計數(shù) 火焰?zhèn)鞲衅?機器人滅火 機器人教學 為了便于機器人課程的開展與普及，在前 期經(jīng)濟條件欠缺的學校，可利用仿真程序 開展教學活動。 經(jīng)濟條件允許的學校，還是建議采用實物 教學或者“實物加仿真”教學。 各校應(yīng)適時逐步實現(xiàn)實物教學，做好機器 人實驗室的建設(shè)工作，滿足學生學習課程 的需要。 機器人教學三部曲 分析并組裝所需電子器件和模型材料 編寫并調(diào)試程序 下載并執(zhí)

6、行程序，控制機器人運動 讓小車動起來 實驗器材：三輪小車一部，雙電機驅(qū)動 （拼插件若干、車輪兩個，萬向輪一個， 電機兩個，電機驅(qū)動模塊一個，主板一塊， 電池盒及電池） 讓小車前行一秒鐘停止 讓小車走正方形 小車前行一秒鐘停止 小車走正方形 仿真演示 讓小車動起來 點擊軟件中的“仿真”按鈕，彈出仿真界 面，點擊“運行”按鈕，小車執(zhí)行程序， 完成小車的既定動作。 讓小車動起來 課程設(shè)置目的 小學小車向前沖靈活轉(zhuǎn)彎小車 初中用程序控制機器人動作 學習用流程圖設(shè)計程序。學習程序的順序結(jié)構(gòu) 學習用循環(huán)結(jié)構(gòu)控制程序執(zhí)行，了解for循環(huán)和 無限循環(huán)的區(qū)別。 程序界面清晰，讓學生通過簡單的圖標拖拽， 搭建出程

7、序，區(qū)別于代碼編程的枯燥無味。 懸崖勒馬 實驗器材：四輪小車一部，雙電機驅(qū)動 （拼插件若干、車輪四個、萬向輪一個、 電機兩個、電機驅(qū)動板一塊、碰撞傳感器 一個、主板一塊、電池盒及電池） 碰撞傳感器：最簡單的碰撞小車原理是 將傳感器安裝在小車正前方的位置，當 小車向前走碰到墻壁時，傳感器接收到 信號。 碰撞小車- -掛載點裝配圖 碰撞小車 流程圖 懸崖勒馬- -原理及流程圖 將碰撞傳感器安裝在小 車的下方，令傳感器與 地面保持接觸狀態(tài)，當 小車在地面上跑時傳感 器始終有信號，懸崖到 達時地面消失，碰撞傳 感器彈起，信號消失。 可以用紅外傳感器代替 碰撞傳感器 懸崖勒馬 課程設(shè)置目的 小學懸崖勒馬

8、 初步接觸傳感器，理解傳感器的作用 教學重點：學習傳感器輸出邏輯信號，用 邏輯表達傳感器的信息。學習條件轉(zhuǎn)移語 句在程序設(shè)計中的作用。 循跡小車 實驗器材：雙電機驅(qū)動的四輪小車一部、 （拼插件若干、車輪四個、萬向輪一個、 電機兩個、電機驅(qū)動板一塊、主板一塊、 反射式紅外線傳感器兩個、電池盒和電池） 小車在畫上黑色軌跡的場地中，智能沿軌 跡行走 循跡小車- -掛載點裝配圖 循跡小車 流程圖 仿真演示 循跡小車 點擊軟件中的“仿真”按鈕，彈出仿真界 面，在界面的右下角選擇場景“軌道”， 界面中會出現(xiàn)一條黑色的預設(shè)軌道，點擊 “運行”按鈕，小車執(zhí)行程序，完成既定 動作。 仿真程序 多種場景模式 紅綠

9、燈模式-模擬制作交通信號燈程序 小學及初中紅燈停、綠燈停、會自 動熄滅的路燈 四種障礙物模式-模擬制作觸碰小車程序 小學裝上眼睛的小車、初中智能蔽 障程序設(shè)計 火焰模式-模擬機器人滅火等程序 循跡小車 課程設(shè)置目的 初中智能循跡程序設(shè)計 小學循規(guī)蹈矩的小車 理解傳感器的作用，學習多傳感器編程思路 學習機器人系統(tǒng)設(shè)計方法和思想。學習系統(tǒng) 框圖的設(shè)計，復雜條件判斷語句實現(xiàn)復雜邏 輯。 下載并顯示源程序 點擊“下載程序”圖標，可以看到程序的 源代碼 水平高的學生可以在源代碼中對程序進行 細致的修改。 將機器人與計算機連接起來 使用配套的usb- com口電纜usb端連 接電腦任意usb接口， 九針com口端連接 機器人的下載接口， 開啟機器人電源， 點擊下載按鈕進入 程序下載狀態(tài)（主 控板上第一個白色 按鈕） 下載程序到機器人 在確認接好線后， 點擊程序界面的下 載按鈕，在彈出窗 口后選擇自己USB 的com口號，點擊 下載按鈕。 如何知道占用了哪個comcom端口 在“計算機屬 性-設(shè)備管理 器”中可以找