機(jī)器人校本課程教材排版完成

.30/30前言在小學(xué)教育中,創(chuàng)新教育已經(jīng)被提到了前所未有的高度。在小學(xué)各門學(xué)科教學(xué)之外,一種新的教學(xué)手段正為創(chuàng)新教育注入了新的活力,這就是機(jī)器人教育。機(jī)器人教育,為學(xué)生聰明才智的發(fā)揮提供了一個展示的好機(jī)會。通過機(jī)器人的學(xué)習(xí)活動,讓學(xué)生了解掌握傳感器知識,結(jié)構(gòu)的搭建方法,各種部件的控制方法；引導(dǎo)學(xué)生逐漸形成編程的思想,掌握機(jī)器人的程序設(shè)計(jì)方法；在計(jì)算機(jī)上編寫程序,然后通過計(jì)算機(jī)和機(jī)器人的通訊技術(shù),將程序下載到機(jī)器人的微處理器上,通過觀察機(jī)器人的運(yùn)行情況來調(diào)試、驗(yàn)證、反思、改進(jìn)。這里面涵蓋了計(jì)算機(jī)知識、數(shù)學(xué)知識、物理知識、結(jié)構(gòu)學(xué)知識等,這種多學(xué)科的綜合性、合作性學(xué)習(xí),極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,有效地培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)能力。因此,在中小學(xué)開展機(jī)器人教育有著重要的意義。課程理念一、課程基本理論〔一機(jī)器人特色課程教學(xué)總目標(biāo)〔教學(xué)的三維目標(biāo)1.情感態(tài)度價值觀：通過機(jī)器人課程的學(xué)習(xí)主要培養(yǎng)學(xué)生的興趣愛好、提升空間、邏輯思維能力,并從中獲得自我提升的價值取向。2.過程和方法：通過課程的教學(xué),讓學(xué)生從初步識別一些積木零件名稱,到拼裝動手組裝機(jī)器,再到學(xué)習(xí)編程,再遠(yuǎn)程遙控機(jī)器人操作。3.知識和技能：通過課堂教學(xué),讓學(xué)生學(xué)會機(jī)器人的基礎(chǔ)理論知識并能夠把基礎(chǔ)知識運(yùn)用到課堂實(shí)踐中來?！捕C(jī)器人特色課程教學(xué)重難點(diǎn)重點(diǎn)：組裝機(jī)器零件、編輯程序。難點(diǎn)：在學(xué)習(xí)中如何獲得自我成就感,提升空間、邏輯思維能力,并從中獲得自我提升的價值取向?！踩龣C(jī)器人特色課程培養(yǎng)方向〔從學(xué)生角度1.通過機(jī)器人實(shí)踐活動,激發(fā)學(xué)習(xí)興趣,為今后的機(jī)器人學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。2.在課堂中,加強(qiáng)學(xué)生合作交流,發(fā)揮團(tuán)隊(duì)精神,既要表現(xiàn)好個體的水平,也要有體現(xiàn)群體的意識,增強(qiáng)團(tuán)隊(duì)合作的精神。3.在機(jī)器人拼裝的訓(xùn)練過程中,要有耐心,持之以恒,進(jìn)而促進(jìn)人格完善。4.了解機(jī)器人的基本理論和拼裝技術(shù),讓學(xué)生多動手、多動腦、促進(jìn)學(xué)生的心智健康發(fā)展。5.學(xué)習(xí)機(jī)器人為學(xué)校和特色教育添磚加瓦。目錄第一課認(rèn)識機(jī)器人第二課機(jī)器人的種類及其發(fā)展第三課舞蹈教學(xué)常用術(shù)語與基本功練習(xí)第四章EV3軟件系統(tǒng)第五章機(jī)器人傳動結(jié)構(gòu)第六章機(jī)器人受控移動第七課使用傳感器轉(zhuǎn)向第八課沿線前進(jìn)第九課太空挑戰(zhàn)——激活通信第十課太空挑戰(zhàn)——集合您的隊(duì)員第一課認(rèn)識機(jī)器人各國科學(xué)家對機(jī)器人的定義都有所不同,而且隨著時代的變化,機(jī)器人的定義也在不斷發(fā)生變化。中國的科學(xué)家們把機(jī)器人定義為："機(jī)器人是一種自動化的機(jī)器,而且其具備一些與人或生物相似的智能能力,如感知能力、規(guī)劃能力、動作能力、協(xié)同能力等,是一種具有高度靈活性的自動化機(jī)器。"一、機(jī)器人的基本的機(jī)能機(jī)器人作為一種具備一定智能的自動化機(jī)器,有如下3個基本的機(jī)能：1.對外界產(chǎn)生作用:人們可以用手拿東西和用腳踢球,我們可稱之為動作器官。2.獲取外界信息:動物可以用耳朵聽見聲音,蝸牛的觸須碰到硬物就會收縮,我們可稱之為感應(yīng)器官。3.規(guī)劃作業(yè):從家里到學(xué)校通常都有幾條路可以到達(dá),同學(xué)們卻通過大腦及其思維能力找到最近的一條路,我們可稱之為思維器官及其思想。二、機(jī)器人構(gòu)成的基本條件六自由度機(jī)械手的手臂是一種動作器官人類是地球上最高級、最聰明的動物,基本條件是因?yàn)槿祟愒诼L的進(jìn)化過程中不但擁有了復(fù)雜的、完美的身體結(jié)構(gòu),而且還擁有了發(fā)達(dá)的大腦。那么機(jī)器人要發(fā)展成為優(yōu)秀的、高級的機(jī)器人也應(yīng)該具備相應(yīng)的條件六自由度機(jī)械手的手臂是一種動作器官條件一——機(jī)械部件智能機(jī)器甲蟲的觸須是一種感應(yīng)器官智能機(jī)器甲蟲的觸須是一種感應(yīng)器官條件二——感應(yīng)和動作電子部件一個真正擁有智能的機(jī)器人通常都需要具備一定的感知能力,具有感知能力的電子器件我們通常又稱之為傳感器,顧名思義,這類器件具備了"傳"遞"感"應(yīng)信息到機(jī)器人的大腦的功能。和人的感覺器官——眼、耳、舌、鼻、皮膚分別對光線、聲音、味道、氣味、觸碰、氣溫起感應(yīng)作用一樣,構(gòu)成機(jī)器人的電子傳感器也是按功能分類的,例如光源傳感器、聲音傳感器、氣體〔煤氣、煙霧傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器等等；它們的靈敏度和感應(yīng)范圍甚至超越了人的感知界限,例如電子指南針、紅外線傳感器等。因此,在我們設(shè)計(jì)機(jī)器人的時候,應(yīng)該根據(jù)設(shè)計(jì)的要求,選用合適的電子傳感器件。條件三——機(jī)器人的大腦機(jī)器人的大腦可稱之為RCU<robotcontrolunit>,RCU就好象一臺微型的家用電腦,它可以執(zhí)行程序指令,并向具體動作器官發(fā)出相應(yīng)的動作信息。條件四——機(jī)器人的思想智能機(jī)器人盡管具備了以上的感應(yīng)、動作和大腦器官,但它們只是讓智能機(jī)器人有了個軀殼,機(jī)器人的大腦〔RCU初期是完全空白的,像初生的嬰兒一樣。需要我們用學(xué)到的編程知識,按照我們的意圖編寫出特定的程序,灌輸給它后才能變成真正具備智能的大腦。機(jī)器人對知識的掌握是非?？焖俚?而當(dāng)它跟人類一樣能夠?qū)ν饨绲膹?fù)雜環(huán)境進(jìn)行觀察、思考,然后做出反應(yīng)的時候,我們的機(jī)器人就擁有真正的智能了。因此,必須學(xué)習(xí)編寫機(jī)器人程序的方法,才能讓我們的機(jī)器人不但擁有漂亮的軀殼,還能擁有真正的靈魂。思考：1.機(jī)器人具有那些基本的機(jī)能？2.機(jī)器人構(gòu)成的基本條件是什么？第二課機(jī)器人的種類及其發(fā)展一、機(jī)器人的種類機(jī)器人的種類很多,分類的方法也非常多,如果按機(jī)器人的用途分,可以把它們分為工業(yè)機(jī)器人和特種機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人有搬運(yùn)上料機(jī)器人、噴漆機(jī)器人、焊接與切割機(jī)器人、裝配機(jī)器人、最后工序機(jī)器人等。特種機(jī)器人有軍用或警用機(jī)器人、空間機(jī)器人、水下機(jī)器人、醫(yī)用機(jī)器人、農(nóng)業(yè)機(jī)器人、建筑機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人和娛樂機(jī)器人等?，F(xiàn)在許多國家對學(xué)校開展早期的機(jī)器人學(xué)習(xí)非常重視,隨之相應(yīng)的教育機(jī)器人也出現(xiàn)了。積木式機(jī)器人以其自由拼裝,創(chuàng)意無限的特點(diǎn)而深受同學(xué)們歡迎。機(jī)器人已成為人類的朋友。目前世界上已有數(shù)百萬臺機(jī)器人工作在各自的崗位上,發(fā)揮著巨大的作用。二、機(jī)器人的發(fā)展史機(jī)器人的歷史并不算長,1959年美國英格伯格和德沃爾制造出世界上第一臺工業(yè)機(jī)器人,機(jī)器人的歷史才真正開始。英格伯格在大學(xué)攻讀伺服理論,這是一種研究運(yùn)動機(jī)構(gòu)如何才能更好地跟蹤控制信號的理論.德沃爾曾于1946年發(fā)明了一種系統(tǒng),可以"重演"所記錄的機(jī)器的運(yùn)動。1954年,德沃爾又獲得可編程機(jī)械手專利,這種機(jī)械手臂按程序進(jìn)行工作,可以根據(jù)不同的工作需要編制不同的程序,因此具有通用性和靈活性,英格伯格和德沃爾都在研究機(jī)器人,認(rèn)為汽車工業(yè)最適于用機(jī)器人干活,因?yàn)槭怯弥匦蜋C(jī)器進(jìn)行工作,生產(chǎn)過程較為固定。1959年,英格伯格和德沃爾聯(lián)手制造出第一臺工業(yè)機(jī)器人。第一代機(jī)器人屬于示教再現(xiàn)型,第二代則具備了感覺能力,第三代機(jī)器人是智能機(jī)器人,它不僅具有感覺能力,而且還具有獨(dú)立判斷和行動的能力.英格伯格和德沃爾制造的工業(yè)機(jī)器人是第一代機(jī)器人,屬于示教再現(xiàn)型,即人手把著機(jī)械手,把應(yīng)當(dāng)完成的任務(wù)做一遍,或者人用"示教控制盒"發(fā)出指令,讓機(jī)器人的機(jī)械手臂運(yùn)動,一步步完成它應(yīng)當(dāng)完成的各個動作.第二代是有感覺的機(jī)器人:它們對外界環(huán)境有一定感知能力,并具有聽覺,視覺,觸覺等功能。機(jī)器人工作時,根據(jù)感覺器官<傳感器>獲得的信息,靈活調(diào)整自己的工作狀態(tài),保證在適應(yīng)環(huán)境的情況下完成工作,如:有觸覺的機(jī)械手可輕松自如地抓取雞蛋,具有嗅覺的機(jī)器人能分辨出不同飲料和酒類。第三代機(jī)器人是智能機(jī)器人,它不僅具有感覺能力,而且還具有獨(dú)立判斷和行動的能力,并具有記憶,推理和決策的能力,因而能夠完成更加復(fù)雜的動作。智能機(jī)器人不同于工業(yè)機(jī)器人的"示教,再現(xiàn)",不同于遙控機(jī)器人的"主—從操縱",而是以一種"認(rèn)知—適應(yīng)"的方式自律地進(jìn)行操作。智能機(jī)器人在發(fā)生故障時,通過自我診斷裝置能自我診斷出故障部位,并能自我修復(fù)。三、機(jī)器人的未來:1.機(jī)器人會越來越小目前各國的研究現(xiàn)狀而言,表明微型機(jī)器人大多還處于實(shí)驗(yàn)室或原型開發(fā)階段,但可以預(yù)見,將來微型機(jī)器人將廣泛出現(xiàn)。由德國工程師萊納爾·格茨恩發(fā)明的微型機(jī)器人,可直接由針頭注射進(jìn)入人體血管,尿道,膽囊或腎臟。它依靠微型磁鐵驅(qū)動器前進(jìn),由醫(yī)生通過遙控器指揮,既可用于疾病診斷,也可用于如動脈硬化,膽結(jié)石等管腔阻塞類疾病治療,還能聽從醫(yī)生指揮,將藥物直接送達(dá)到需要醫(yī)治的患病器官,以取得更好的治療效果,當(dāng)這種微型機(jī)器人工作完成后,醫(yī)生便可以像抽血那樣用針頭將它抽出來。未來,將會有可以進(jìn)入人體血液循環(huán)系統(tǒng)的功能齊全的醫(yī)用微型機(jī)器人,能進(jìn)入工業(yè)上的小管道甚或裂縫,進(jìn)行檢測與維護(hù)的工業(yè)用微型機(jī)器人,以及各種微型傳感器,微型機(jī)電產(chǎn)品,如掌上電視等.在軍事上,將有小如昆蟲的飛行器,用于偵察敵情;裝有自動駕駛系統(tǒng),能在海底航行數(shù)年的微型潛艇……2.機(jī)器人會越來越聰明現(xiàn)在的智能機(jī)器人,它的智力最高也只相當(dāng)于兩三歲幼兒的智力水平。在將來,高智能的機(jī)器人將越來越多,其智力水平也一定會不斷提高,慢慢地達(dá)到七八歲,十幾歲少年甚至青年人的智力水平。也許在將來的某一天,就如同1996年世界國際象棋冠軍卡斯帕羅夫輸給了計(jì)算機(jī)"深藍(lán)"一樣,我們會看到世界頂尖級的球員組成的"超級聯(lián)隊(duì)"也對付不了的機(jī)器人球隊(duì)。思考：1.機(jī)器人的發(fā)展經(jīng)歷了什么變化？2.設(shè)想未來機(jī)器人的發(fā)展會是什么樣的。第三課EV3硬件系統(tǒng)一、EV3控制器顯示屏可顯示EV3程序塊內(nèi)部進(jìn)程,您能夠通過程序塊界面進(jìn)行操控。您還可以在編程或?qū)嶒?yàn)時增加文本、數(shù)值或圖形。例如,您可以設(shè)計(jì)讓顯示屏顯示一張笑臉或苦瓜臉作為對比反應(yīng),或是顯示一個通過數(shù)學(xué)計(jì)算得到的結(jié)果數(shù)字<在EV3軟件幫助中,您會了解更多關(guān)于如何使用顯示屏的信息>。程序塊按鈕可引導(dǎo)您進(jìn)人EV3程序塊界面。這些按鈕還可被用作可編程激活器。例如,您可以編制程序按壓"向上"按鈕,機(jī)器人抬起胳膊;按壓"向下"按鈕,機(jī)器人放下胳膊。二、EV3電機(jī)大型電機(jī)大型電機(jī)是一個強(qiáng)大的"智能"電機(jī)。它有一個內(nèi)置轉(zhuǎn)速傳感器,分辨率為1度,可實(shí)現(xiàn)精確控制。大型電機(jī)經(jīng)過優(yōu)化可成為機(jī)器人的基礎(chǔ)驅(qū)動力。通過使用EV3軟件中的"移動轉(zhuǎn)向"或"坦克式移動"編程模塊,大型電機(jī)可以同時協(xié)調(diào)動作。中型電機(jī)中型電機(jī)也包含一個內(nèi)置轉(zhuǎn)速傳感器<分辨率為1度>,但是它比大型電機(jī)更小更輕。這意味著它比大型電機(jī)反應(yīng)更迅速。中型電機(jī)可以被編程為開啟或關(guān)閉,控制功率等級或運(yùn)行特定時間或進(jìn)行指定數(shù)量的旋轉(zhuǎn)。中型電機(jī)中型電機(jī)大型電機(jī)兩種電機(jī)的比較:+大型電機(jī)每分鐘轉(zhuǎn)速為160-170轉(zhuǎn),旋轉(zhuǎn)扭矩為20Ncm,失速扭矩為40Ncm<更低但更強(qiáng)勁>。+中型電機(jī)每分鐘轉(zhuǎn)速為240-250轉(zhuǎn),旋轉(zhuǎn)扭矩為8Ncm,失速扭矩為12Ncm<更快但弱一些>。+兩種電機(jī)都支持自動識別。三、EV3連接技術(shù)連接傳感器和電機(jī)要使電機(jī)和傳感器運(yùn)行,必須將其連接到EV3程序塊。使用黑色扁平連接電纜,通過輸人端口1、2、3和4將傳感器連接到EV3程序塊。如果編程時EV3程序塊沒有連接到計(jì)算機(jī),軟件會將傳感器分配到默認(rèn)端口。這些默認(rèn)端口分配為:+端口1:觸動傳感器+端口2:陀螺儀傳感器1溫度傳感器+端口3:顏色傳感器+端口4:超聲波傳感器/紅外傳感器如果編程時EV3程序塊已連接到計(jì)算機(jī),軟件會自動為每個傳感器或電機(jī)指定端口。使用黑色扁平連接電纜,通過輸出端口A、B、C和D將電機(jī)連接到EV3程序塊。和傳感器一樣,當(dāng)您編程時,如果EV3程序塊沒有連接到計(jì)算機(jī),每個電機(jī)將會被分配到默認(rèn)端口。默認(rèn)端口分配為:+端口A中型電機(jī)+端口B和C兩個大型電機(jī)+端口D大型電機(jī)如果編程時EV3程序塊已連接到計(jì)算機(jī),軟件會在您的程序里自動分配正確端口。四、EV3控制界面程序塊應(yīng)用程序EV3程序塊帶有五個預(yù)先安裝的程序塊應(yīng)用程序。此外,您也可以在EV3軟件中創(chuàng)建自己的應(yīng)用程序。將其下載到EV3程序塊后,自制的應(yīng)用程序會在此處顯示。五個預(yù)先安裝的應(yīng)用程序如下:端口視圖在端口視圖的第一個屏幕上,您將會立刻看到哪些端口連接有傳感器或電機(jī)。使用EV3程序塊按鈕導(dǎo)航到某個已使用的端口,您將會看到從傳感器或電機(jī)返回的當(dāng)前讀數(shù)。連接一些傳感器和電機(jī),進(jìn)行不同設(shè)置下的實(shí)驗(yàn)。按壓"中"按鈕查看或更改已連接電機(jī)和傳感器的當(dāng)前設(shè)置。按壓"返回"按鈕返回到BrickApps主屏幕。電機(jī)控制控制已連接到四個輸出端口之一的任何電機(jī)的正向和反向運(yùn)動。有兩種不同的模式。一種模式是,您可以控制連接到端口A的電機(jī)<使用"上"和"下"按鈕>和連接到端口D的電機(jī)<使用"左"和"右"按鈕>。另一種模式是,您可以控制連接到端口B的電機(jī)<使用"上"和"下"按鈕>和連接到端口C的電機(jī)<使用"左"和"右"按鈕>。使用"中"按鈕在兩種模式之間進(jìn)行切換。按壓"返回"按鈕返回到BrickApps主屏幕。紅外控制使用遠(yuǎn)程紅外信標(biāo)作為遠(yuǎn)程控制,紅外傳感器作為接收器來控制已連接到四個輸出端口之一的任何電機(jī)的正向和反向運(yùn)動。<紅外傳感器必須連接到EV3程序塊端口4>有兩種不同的模式。一種模式是,您將使用遠(yuǎn)程紅外信標(biāo)上的頻道1和頻道2。在頻道1上,您可以控制連接到端口8的電機(jī)<使用遠(yuǎn)程紅外信標(biāo)上的按鈕1和按鈕2>和連接到端口C的電機(jī)使用遠(yuǎn)程紅外信標(biāo)上的按鈕3和按鈕4>。在頻道2上,您可以控制連接到端口A的電機(jī)<使用按鈕1和按鈕2>和連接到端口D的電機(jī)<使用按鈕3和按鈕4>。類似地,另一種模式是,您可以通過使用遠(yuǎn)程紅外信標(biāo)上的頻道3和頻道4來控制電機(jī)。程序塊程序EV3程序塊自帶程序塊編程應(yīng)用程序,類似于您的計(jì)算機(jī)中安裝的獲件。以下說明為您提供了開始使用的基本信息。創(chuàng)建程序打開您的程序塊應(yīng)用程序。"Start"屏幕為您提供了通過序列線連接的"Start"和"LOOP"模塊。中間的"AddBlock"垂直虛線表示您可以添加更多的模塊到程序中。按壓"上"按鈕從"BlockPalette"中添加一個新的模塊。在"BlockPalette?中,您可以使用"左"、"右""上"、"下"按鈕導(dǎo)航來選擇添加哪個新模塊。進(jìn)一步導(dǎo)航,會顯示更多的模塊。一路向下導(dǎo)航,將返回到您的程序。通常,有兩種模塊類型一動作和等待。動作模塊指示器是模塊右上方的一個小箭頭。等待模塊指示器是一個小沙漏?？傊?共有6種不同的動作模塊和11種不同的等待模塊可供選擇。思考：1.EV3必備的硬件條件有哪些？2.你知道的EV3傳感器有哪些？3.EV3的端口可以混用嗎？4.EV3五個預(yù)先安裝的應(yīng)用程序有哪些？第四章EV3軟件系統(tǒng)一、電腦系統(tǒng)要求設(shè)計(jì)搭建機(jī)器人很好玩,但機(jī)器人技術(shù)的核心在于使其具有生命一使他們能夠移動并完成任務(wù)。您會發(fā)現(xiàn)軟件具有以下特點(diǎn)：+以可視且直觀的方式介紹編程+高效且全面的數(shù)據(jù)采集工具+是一本既提供指示信息又可記錄結(jié)果的數(shù)字練習(xí)冊+激發(fā)并展示您在科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等領(lǐng)域的興趣二、軟件安裝一旦確認(rèn)您的計(jì)算機(jī)滿足最低系統(tǒng)需求,您就可以安裝此軟件。關(guān)閉所有其他程序,然后雙擊EV3軟件應(yīng)用程序文件夾內(nèi)的安裝文件。三、編程大廳每次打開EV3軟件,都會進(jìn)人大廳界面。利用大廳可輕松找到并使用軟件,也讓您能夠訪問需要的一切。在大廳內(nèi)您會發(fā)現(xiàn)如下選項(xiàng)和資源:1.大廳選項(xiàng)卡此按鈕可隨時返回大廳2.活動概覽您可以在此訪同、組織、預(yù)覽內(nèi)容,并開始一個項(xiàng)目為核心模型構(gòu)建指令"快速入門"資源,如一小段介紹視頻和《EV3用戶指南》文件管理,您可以在此創(chuàng)建一個新項(xiàng)目或打開一個現(xiàn)有項(xiàng)目3.查看此按鈕可返回到"活動概覽"4.搜索使用不同過濾器選項(xiàng)查找特定內(nèi)容的項(xiàng)目四、編程模塊和面板所有控制您機(jī)器人的騙程模塊都在"編程面板"內(nèi),位于"編程畫布"下面編程環(huán)境的底部。編程模塊根據(jù)類型和性質(zhì)分為不同類別,以使于您我到所需模塊。動作類模塊<從左到右的顧序>中型電機(jī)大型電機(jī)移動轉(zhuǎn)向坦克式移動顯示聲音程序塊狀態(tài)燈流程類模塊<從左到右的順序>開始等待循環(huán)切換循環(huán)暫停傳感器類模塊〔從左到右的順序>程序塊按鈕顏色傳感器陀螺儀傳感器紅外傳感器電機(jī)旋轉(zhuǎn)溫度傳感器計(jì)時器觸動傳感器超聲波傳感器能量表NXT聲音傳感器數(shù)據(jù)類模塊<從左到右的順序>變量常量陣列運(yùn)算邏輯運(yùn)算數(shù)學(xué)舍入比較范圍文本隨機(jī)高級類模塊<從左到右的順序>文件讀寫數(shù)據(jù)采集消息傳遞藍(lán)牙連接保持活動原始傳感器值未校準(zhǔn)電機(jī)反轉(zhuǎn)電機(jī)停止程序我的模塊當(dāng)您在許多程序中重復(fù)使用同一段程序時,說明是時候創(chuàng)建一個"我的模塊"了。一旦創(chuàng)建好"我的模塊",您就可以將此獨(dú)立模塊簡單地插人到同一項(xiàng)目的后續(xù)程序中。思考：1.EV3編程大廳由哪幾部分組成？2.編程軟件中的綠色模塊有什么作用？3."我的模塊"如何創(chuàng)建？第五章機(jī)器人傳動結(jié)構(gòu)一、齒輪傳動結(jié)構(gòu)齒輪傳動結(jié)構(gòu)是設(shè)計(jì)機(jī)器人驅(qū)動方式時常用的一種傳動結(jié)構(gòu)。我們的生活中隨處可見齒輪,它是鋸齒狀的輪子。兩個或更多的齒輪嚙合在一起就能傳送動力,實(shí)現(xiàn)加快或減慢速度,還能改變旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的方向。二、驅(qū)動和從動接近動力源的齒輪稱為驅(qū)動齒輪。從驅(qū)動齒輪接收動力的齒輪稱為從動齒輪。齒輪"齒數(shù)比"指的是從動齒輪的齒數(shù)與驅(qū)動齒輪齒數(shù)的比。要計(jì)算齒數(shù)比的值,可以用從動齒輪的齒數(shù)除以驅(qū)動齒輪的齒數(shù)。1.如果齒輪齒數(shù)比值等于1<例如,1:1>,那么從動齒輪的速度和扭矩等于驅(qū)動齒輪的速度和扭矩。這稱為1:1傳動。2.如果齒輪齒數(shù)比值小于1<例如,0.3:1>,那么從動齒輪的速度快于驅(qū)動齒輪的速度。同樣,從動齒輪的扭矩小于驅(qū)動齒輪的扭矩。這稱為增速。3.如果齒輪齒數(shù)比值大于1<例如,3:1>,那么從動齒輪的速度慢于驅(qū)動齒輪的速度。同樣,從動齒輪的扭矩大于驅(qū)動齒輪的扭矩。這稱為減速。三、建構(gòu)本節(jié)的任務(wù)是設(shè)計(jì)有齒輪傳動結(jié)構(gòu)的機(jī)器人。可以參考上圖的搭建方法〔但不是唯一方法。該模型有2個大型電機(jī),其中一個電機(jī)帶有傳動裝置,活動時可以更改裝置,另一個電機(jī)作為參考使用。示例程序：程序概述：開始程序概述：開始移動轉(zhuǎn)向—圈數(shù)〔1功率〔15在運(yùn)行程序之前,預(yù)測啟動之后齒輪的轉(zhuǎn)動情況。運(yùn)行程序并記錄觀察結(jié)果〔齒輪轉(zhuǎn)動的方向和速度。思考：1.是1:1傳動嗎？增速還是減速呢？2.齒輪齒數(shù)比是多少？四、擴(kuò)展更改齒輪比率,實(shí)現(xiàn)不同的齒輪傳動。在運(yùn)行程序之前,預(yù)測啟動之后齒輪的轉(zhuǎn)動情況。運(yùn)行程序并記錄觀察結(jié)果〔齒輪轉(zhuǎn)動的方向和速度。思考：1.如何運(yùn)用齒輪改變傳動方向？2.改變齒數(shù)比率對速度有什么影響？第六章機(jī)器人受控移動一、機(jī)器人驅(qū)動基座要想使機(jī)器人受控移動,首先就要搭建出一個可以動的結(jié)構(gòu),以下為一個基礎(chǔ)的驅(qū)動基座搭建方案：驅(qū)動基座整體構(gòu)造驅(qū)動基座整體構(gòu)造驅(qū)動基座驅(qū)動基座底部構(gòu)造驅(qū)動基座整體構(gòu)造該方案不是唯一方案,允許有不同的設(shè)計(jì)構(gòu)造。驅(qū)動基座整體構(gòu)造二、程序設(shè)計(jì)機(jī)器人的移動一般需要有一定的精度,如何控制機(jī)器人的基本移動就是本章內(nèi)容要解決的主要問題。我們可以使用編程軟件中的動作類模塊進(jìn)行編程,使其控制驅(qū)動基座盡可能以最大精度受控移動。程序概述：程序概述：開始移動轉(zhuǎn)向裝置—圈數(shù)〔2功率〔30等待—〔2秒移動轉(zhuǎn)向裝置—度數(shù)〔720功率〔-30以上為一個機(jī)器人精確沿直線前進(jìn)并沿直線后退的程序。三、反思拓展為已搭建機(jī)器人重新編寫程序,使機(jī)器人執(zhí)行以下任務(wù)：機(jī)器人向前直線移動50cm,然后向后10cm。機(jī)器人向右前方移動30cm。機(jī)器人向右后方移動30cm。示例程序：思考：1.哪些因素會影響移動的精度和一致性？2.除了可以用"移動轉(zhuǎn)向"模塊來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向,還可以怎么控制機(jī)器人轉(zhuǎn)向？3.嘗試設(shè)計(jì)能夠自由移動轉(zhuǎn)向的的機(jī)器人結(jié)構(gòu)。第七課使用傳感器轉(zhuǎn)向一、結(jié)構(gòu)構(gòu)建使用輪子進(jìn)行轉(zhuǎn)向有時不精確。如果是在有灰塵或者容易打滑的表面上,由于打滑或者摩擦力不均勻,機(jī)器人可能無法精確轉(zhuǎn)向到正確的角度。而陀螺儀傳感器是一種數(shù)字傳感器,它可以準(zhǔn)確檢測單軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動,利用這個特性,它可以幫助機(jī)器人進(jìn)行更加精準(zhǔn)的轉(zhuǎn)向。機(jī)器人的搭建可以參考下圖：陀螺儀可以安裝在不動驅(qū)動結(jié)構(gòu)的不同部位,但安裝時應(yīng)牢固,切忌晃動。二、簡單運(yùn)用學(xué)習(xí)陀螺儀傳感器與循環(huán)模塊,并創(chuàng)建程序示例程序：程序概述：開始程序概述：開始移動槽—功率B〔10,功率C〔-10等待—陀螺儀傳感器—比較角度—類型〔3〔大于或等于,度數(shù)〔90移動槽—關(guān)閉排除問題角度需要調(diào)整一通常情況下,值需要小于90度。將機(jī)器人放在場地圖的起始位置上,然后運(yùn)行程序描述程序的各個部分使機(jī)器人執(zhí)行的動作。估算機(jī)器人的旋轉(zhuǎn)角度。說明在有和沒有陀螺儀傳感器的情況下機(jī)器人轉(zhuǎn)向的區(qū)別。三、反思和拓展在已搭建的機(jī)器人的基礎(chǔ)上,進(jìn)行更多嘗試并歸納總結(jié)。重新編寫程序,讓機(jī)器人執(zhí)行以下的轉(zhuǎn)向操作：1.順時針轉(zhuǎn)向45度程序概述：程序概述：開始移動槽—功率B〔10,功率C〔-10等待—陀螺儀傳感器—比較角度—類型〔3〔大于或等于,度數(shù)〔45移動槽—關(guān)閉2.順時針轉(zhuǎn)向180度程序概述：開始程序概述：開始移動槽—功率B〔10,功率C〔-10等待—陀螺儀傳感器—比較角度—類型〔3〔大于或等于,度數(shù)〔180移動槽—關(guān)閉3.順時針轉(zhuǎn)向360度,隨后逆時針轉(zhuǎn)向360度程序概述：程序概述：開始移動槽—功率B〔10,功率C〔-10等待—陀螺儀傳感器—比較角度—類型〔3〔大于或等于,度數(shù)〔360移動槽—關(guān)閉等待—秒〔2移動槽—功率B〔10,功率C〔-10等待—陀螺儀傳感器—比較角度—類型〔5〔大于或等于,度數(shù)〔0移動槽—關(guān)閉想一想,與程序指示機(jī)器人所旋轉(zhuǎn)的角度相比,機(jī)器人旋轉(zhuǎn)了多少度？思考：1.陀螺儀傳感器有什么作用？2.嘗試使用循環(huán)模塊創(chuàng)建一個新程序,使機(jī)器人沿正方形行走。3.自由設(shè)計(jì)機(jī)器人并運(yùn)用陀螺儀傳感器精確控制方向。第八章沿線前進(jìn)一、任務(wù)聯(lián)系機(jī)器人競賽場地上會有一些不同顏色的線,機(jī)器人在行駛時也可能可能經(jīng)過不同顏色的地面。在某些情況下,機(jī)器人可以檢測地面的顏色并循著軌跡行駛,這就需要用到顏色傳感器。通過編程,一臺搭建有顏色傳感器的機(jī)器人就可以巡著地面顏色或者場地中的黑白線來精確前進(jìn),從而也就能更高效地完成挑戰(zhàn)任務(wù)了?？梢詤⒖忌蠄D結(jié)構(gòu),允許學(xué)生發(fā)揮創(chuàng)造。二、程序設(shè)計(jì)利用切換與循環(huán)模塊,編寫一個簡單的巡線程序。程序概述：開始程序概述：開始循環(huán)—無限大型電機(jī)〔C—On—功率〔30等待—顏色傳感器—比較反射光線強(qiáng)度〔小于,45大型電機(jī)〔C—關(guān)閉大型電機(jī)〔B—On—功率〔30等待—顏色傳感器—比較反射光線強(qiáng)度〔大于或等于,45大型電機(jī)〔B—關(guān)閉1.將機(jī)器人放在訓(xùn)練場地的起始位置上,運(yùn)行程序。2.描述程序的各個部分使機(jī)器人執(zhí)行的動作。3.你能否說出可能使機(jī)器人接觸不到黑色線的因素？4.描述程序的各個部分使機(jī)器人執(zhí)行的動作。三、反思與拓展使用同一程序,增大電機(jī)的功率級別,然后看看機(jī)器人在仍能可靠地追蹤線的情況下可以達(dá)到多快的速度。程序概述：程序概述：開始循環(huán)—無限大型電機(jī)〔C—On—功率〔100等待—顏色傳感器—比較反射光線強(qiáng)度〔小于,45大型電機(jī)〔C—關(guān)閉大型電機(jī)〔B—On—功率〔100等待—顏色傳感器—比較反射光線強(qiáng)度〔大于或等于,45大型電機(jī)〔B—關(guān)閉1.將機(jī)器人放在場地的起始位置上,運(yùn)行程序。2.說明為何在高功率級別時,機(jī)器人可能無法沿線前進(jìn)。3.你的機(jī)器人正在沿線前