《滅火機器人》教學設計

1/6滅火機器人教學設計一、

教學目標1、知識目標：①了解機器人滅火任務。②知道簡單Pascal的程序算法。③掌握通過機器人識別白線、機器人檢測火焰等方法滅火的方法。

2、能力目標：

①簡易滅火機器人的搭建。

②火焰?zhèn)鞲衅鞯氖褂谩?/p>

③教會機器人尋找火源完成簡單滅火任務。

3、情感目標：

①培養(yǎng)學生的觀察能力、動手能力、創(chuàng)造能力，養(yǎng)成良好的思維習慣。

②通過對光學、計算機科學、機械原理以及美學等的綜合運用，提高學生的綜合運用。

③通過競賽機制，提高學生的競爭和合作意識，鍛煉學生比賽時的靈活性。

二、教學重點、難點

重點：滅火機器人的搭建。

難點：

①火焰?zhèn)鞲衅鞯氖褂茫?/p>

②通過PASCAL的程序算法為機器人編寫程序；③下載程序到你的機器人內(nèi)存中，進行實際軌跡場地調(diào)試。三、教學方法以學生直接實踐體驗為主，輔以教師演示、啟發(fā)、引導。四、教學準備

納英特機器人套裝、電腦、網(wǎng)絡教室，機器人調(diào)試場地或模擬平臺環(huán)境。五、教學過程1、

引入：火災是當今人類社會普遍關注的問題，它不僅威脅著人類的生命和財產(chǎn)安全，更影響到一個社會的穩(wěn)定和發(fā)展。圖12-1是我國研制的第一代滅火機器人。這類消防機器人適用于石油化工、油罐區(qū)、大型倉庫等高溫、強熱輻射、易坍塌的危險場所，可避免人員傷亡。在這幾課里，我們將利用教學機器人，模擬滅火過程。

2、新課：

滅火實驗及場地簡介中小學機器人滅火實驗是模擬現(xiàn)實家庭中機器人處理火警的過程，它要求制作一個由計算機程序控制的機器人，在一間模擬平面結(jié)構(gòu)的房間里運動，找到一根代表房間里火災點的正在燃燒的蠟燭并盡快將它撲滅。3、簡易滅火機器人的制作

為使問題簡單化，我們假定一個簡單任務：任務1

機器人從房間門口啟動，對準火焰方向，直線前進，進入火焰前的警戒線，停止前進，撲滅火焰。這個任務非常簡單，對機器人的要求是當“看見”地面白線時，停止運動，開起風扇撲滅火焰。為了讓機器人能“看見”火焰前的白色警戒線，我們需要給機器人安裝一個地面灰度傳感器?；叶葌鞲衅骺梢杂脕頇z測物體表面的黑白程度，淺色物體灰度小，深色物體灰度大。對計算機來說灰度從0開始到255，一共為分256個等級。機器人把灰度小于125的物體認作白色（淺色）物體，灰度大于125的物體認作黑色（深色）物體。程序說明：程序中使用了賦值語句i=analog(2)，功能將2號模擬傳感器的返回值，賦給變量i；print是顯示語句，顯示語句可以顯示字符串和變量的值，如print"analog(2)="顯示字符串a(chǎn)nalog(2)=，而printI則是顯示變量I的值。注意要顯示的字符串必須用引號引起來。在模擬機器人滅火任務中，最安全、方便的滅火方式是給機器人安裝一個電風扇，雖然在實際消防滅火中，這種方式不可取。根據(jù)任務分析和機器人的搭建編寫程序如下：這里需注意的是程序中馬達和灰度傳感器的端口必須與機器人搭建一致。也就是說，假定你的灰度傳感器安裝在模擬端口2的，程序中的函數(shù)analog(2)的端口號也必須是2。這里的程序中假定警戒線（白錢）的灰度小于125，在你的程序中，應以實際檢測為準。事實上程序12-6永遠沒有結(jié)束，只是因為灰度傳感器檢測到白線后，關閉了所有馬達，所以機器人停下來了。這樣的程序結(jié)構(gòu)叫“死循環(huán)”，一般在編寫程序時應盡量避免“死循環(huán)”，之所以這樣編寫是因為在納英特機器人操作系統(tǒng)的PASCAL子系統(tǒng)中，沒有程序結(jié)束語句。

4、使用火焰?zhèn)鞲衅鲗ふ一鹪礈缁鸪绦?2-6是機器人判斷是否到達火源警戒線，從而決策是否停止并開啟風扇滅火。這樣的算法有一個明顯的問題就是如果機器人經(jīng)過門口的白線，也會停下來，并打開風扇。事實上，燃燒的物體會產(chǎn)生較強的紅外線，根據(jù)這一點，科學家用紅外敏感型元件，做成了專門檢測紅外信號強度的傳感器，這種傳感器對火焰產(chǎn)生的紅外線特別敏感，所以把它叫做火焰?zhèn)鞲衅?。火焰?zhèn)鞲衅髋c灰度傳感器一樣也是模擬傳感器，我們可以用函數(shù)analog(端口號)來讀取火焰?zhèn)鞲衅鞯臋z測值。

能尋找火源的機器人的搭建

教會機器人尋找火源

有了火焰?zhèn)鞲衅鞯臋C器人，自己并不會識別火源。換句話說，置身烈火的機器人并不知道危險就要來臨。讓我們來告訴機器人火源在哪里吧。實驗：1．

下面的程序能顯示火焰值（假定火焰?zhèn)鞲衅靼惭b在模擬端口3），請你把它輸入并下載到機器人內(nèi)存中；2．

測試機器人離火焰的距離與火焰值的關系：機器人離火焰的距離（單位：厘米）火焰值10320430640650780910022

結(jié)論：

。3．

測試火焰?zhèn)鞲衅魈筋^方向與火焰值的關系：火焰?zhèn)鞲衅魈筋^方向火焰值探頭正對火焰（夾角為00）

偏左150

偏右150

偏左300

偏右300

偏左450

偏右450

偏左600

偏右600

偏左900

偏右900

探頭背離火焰（夾角為1800）

結(jié)論：

。你認為當火焰值小于

時，必須滅火。實驗可見：正對火焰，距離火焰越近，火焰值越?。环粗?，背離火焰，距離火焰越遠，火焰值越大。我們可以形象地理解為，火焰值表示了火焰?zhèn)鞲衅魈筋^距火焰的距離。對計算機來說火焰值從0開始到255，一共為分256個等級，當距離火焰無窮遠（無火焰）時，火焰值為255；有火焰時火焰值在200-230之間，如果火焰值小于6，則表明火焰非常強了。

尋找火源滅火的兩個任務

任務2

機器人從房間門口啟動，對準火焰方向，直線前進，看到火焰，停止前進，撲滅火焰。任務分析：本任務與任務1算法一樣，只是開起滅火風扇的條件不同，任務一是機器人通過灰度傳感器“看到”白色警戒線；而這個任務是機器人通過火焰?zhèn)鞲衅鳌翱吹健被鹧?。程序：本程序中，看到火焰的條件是“analog(3)<6”，實際中有可能機器人“看到”火焰了，但風扇的風力不夠，機器人同樣不能完成任務。調(diào)試機器人時，請同學根據(jù)風扇的風力修改條件。根據(jù)模擬機器人滅火規(guī)則，機器人在撲滅火焰之前必須有一部分在火焰前白色圓弧內(nèi)。任務3

機器人從房間門口啟動，對準火焰方向，直線前進，看到火焰，并部分進入白色警戒線內(nèi)，停止前進，撲滅火焰。任務分析：本任務開啟風扇的條件是機器人看見火焰（analog(3)<6），同時機器人部分進入白色警戒線內(nèi)（analog(3)<150）程序：驗證任何一個機器人的搭建和程序的編寫只是理論上的算法合理，在實際應用中，