机器人校本课程教材

前言在小学教育中，创教育已经被提到了前所未有的高度。在小学各门学科教学之外，一种的教学手段正为创教育注入了的活力，这就是机器人教育。机器人教育，为学生聪明才智的发挥供给了一个展现的好时机。通过机器人的学习活动，让学生了解把握传感器学问，构造的搭建方法，各种部件的掌握方法；引导学生渐渐形成编程的思想，把握机器人的程序设计方法；在计算机上编写程序，然后通过计算机和机器人的通讯技术，将程序下载到机器人的微处理器上，通过观看机器人的运行状况来调试、 。这里面涵盖了计算机学问、数学学问、物理学问、构造学知识等，这种多学科的综合性、合作性学习，极大地激发了学生的学习兴趣，有效地培育了学生的创力量和综合素养能力。因此，在中小学开展机器人教育有着重要的意义。课程理念一、课程根本理论〔一〕机器人特色课程教学总目标〔教学的三维目标〕情感态度价值观：通过机器人课程的学习主要培育学生的兴趣爱好、提升空间、规律思维力量，并从中获得自我提升的价值取向 。过程和方法：通过课程的教学，让学生从初步识别一些积木零件名称，到拼装动手组装机器，再到学习编程，再远程遥控机器人操作。学问和技能：通过课堂教学，让学生学会机器人的根底理论学问并能够把根底学问运用到课堂实践中来。〔二〕机器人特色课程教学重难点难点：在学习中如何获得自我成就感，提升空间、规律思维力量，并从中获得自我提升的价值取向 。〔三〕机器人特色课程培育方向〔从学生角度〕通过机器人实践活动，激发学习兴趣，为今后的机器人学习奠定根底。在课堂中，加强学生合作沟通，发挥团队精神，既要表现好个体的水平，也要有表达群体的意识，增加团队合作的精神。在机器人拼装的训练过程中，要有急躁，持之以恒，进而促进人格完善。了解机器人的根本理论和拼装技术，让学生多动手、多动脑、促进学生的心智安康进展。学习机器人为学校和特色教育添砖加瓦。目 录

生疏机器人机器人的种类及其进展舞蹈教学常用术语与根本功练习EV3软件系统机器人传动构造机器人受控移动使用传感器转向第八课 沿线前进第九课 太空挑战——激活通信第十课 太空挑战——集合您的队员第一课 生疏机器人各国科学家对机器人的定义都有所不同，而且随着时代的变化，机器人的定义也在不断发生变化。中国的科学家们把机器人定义为：“机器人是一种自动化的机器，而且其具备一些与人或生物相像的智能力量，如感知力量、规划力量、动作力量、协同力量等，是一种具有高度敏捷性的自动化机器。”一、机器人的根本的机能机器人作为一种具备肯定智能的自动化机器，有如下 3个根本的机能：:人们可以用手拿东西和用脚踢球，我们可称之为动作器官。:遇到硬物就会收缩，我们可称之为感应器官。:从家里到学校通常都有几条路可以到达，同学们却通过大脑及其思维力量找到最近的一条路，我们可称之为思维器官及其思想。二、机器人构成的根本条件人类是地球上最高级、最聪明的动物，根本条件是由于六自由度机械手的手臂是一种动作器官也应当具备相应的条件条件一——机械部件

成为优秀的、高级的机器人正如人类的身体需由骨架和肌肉牵引才能完成肯定的动作一样，机器人的身体和动作表现也是由特定的机械构造组成的。在制作

智能机器甲虫的触须是一种感应器官机器人的时候，我们不仅可以使用课堂上供给的拼装套件，还可以选取身边顺手可得的各种材料作为机器人的加工原料。 例如：木板、金属板、塑料板、有机玻璃板，还有像螺丝、螺帽那样的各种各样的五金紧固件。只要我们在日常生活中留心观看身边的各种机械设备的的机械构造。条件二——感应和动作电子部件一个真正拥有智能的机器人通常都需要具备肯定的感知力量，具有感知力量的电子器件我们通常又称之为传感器，顾名思义，这类器件具备了“传”递“感”应信息到机器人的大脑的功能。声音、味道、气味、触碰、气温起感应作用一样，构成机器人的电子传感器也是按功能分类的，例如光源传感器、声音传感器、气体〔煤气、烟雾〕传感器、压力传感器、温度传感器等等；它们的灵敏度和感应范围甚至超越了人的感知界限，例如电子指南针、红外线传感器等。选用适宜的电子传感器件。条件三——机器人的大脑机器人的大脑可称之为RCU(robotcontrolunit),RCU就好象一台微型的家用电脑，它可以执行程序指令，并向具体动作器官发出相应的动作信息。条件四——机器人的思想智能机器人尽管具备了以上的感应、动作和大脑器官，但它们只是让智能机器人有了个躯壳，机器人的大脑〔 RCU〕初期是完全空白的，像初生的婴儿一样。需要我们用学到的编程学问，依据我们的意图编写出特定的程序，灌输给它后才能变成真正具备智能的大脑。机器人对学问的把握是格外快速的，而当它跟人类一样能够对外界的简单环境进展观看、思考，然后做出反响的时候，我们的机器人就拥有真正的智能了。因此，必需学习编写机器人程序的方法，才能让我们的机器人不但拥有秀丽的躯壳，还能拥有真正的灵魂。思考：机器人具有那些根本的机能机器人构成的根本条件是什么其次课 机器人的种类及其进展一、机器人的种类机器人的种类很多，分类的方法也格外多，假设按机器人的用途分，可以把它们分为工业机器人和特种机器人。工业机器人有搬运上料机器人、喷漆机器人、焊接与切割机器人、装配机器人、最终工序机器人等。特种机器人有农业机器人、建筑机器人、效劳机器人和消遣机器人等。现在很多国家对学校开展早期的机器人学习格外重视，随之相应的教育机器人也消灭了。积木式机器人以其自由拼装，创意无限的特点而深受同学们欢送。机器人已成为人类的朋友。目前世界上已有数百万台机器人工作在各自的岗位上，发挥着巨大的作用。二、机器人的进展史机器人的历史并不算长,1959年美国英格伯格和德沃尔制造出世界上第一台工业机器人

,机器人的历史才真正开,这是一种争论运动机构如何才能更好地跟踪掌握信号的理论 .德沃尔曾于1946年发明白一种系统,““所记录的机器的运动。

1954,德沃尔又获得可编程机械手专利 ,这种机械手臂按程序进展,,因此具有通用,,认为汽车工业最适于用机器人干活 ,由于是用重型机器进展工作 ,生产过程较为固定。1959,英格伯格和德沃尔联手制造出第一台工业机器人。第一代机器人属于示教再现型 ,其次代则具备了感觉能,,,而且还具有独立推断和行动的力量.英格伯格和德沃尔制造的工业机器,,,把应,“,,一步步完成它应当完成.其次代是有感觉的机器人 :它们对外界环境有肯定感,,,,依据感(),,:有触觉的机械手可轻松自如地抓取鸡蛋,具有嗅觉的机器人能区分出不同饮料和酒类。第三代机器人是智能机器人,它不仅具有感觉力量,而且还具有独立推断和行动的力量,并具有记忆,推理和决策的力量,因而能够完成更加简单的动作。智能机器人不同于工业机器人的“,“,不同于遥控机器人的“主—从操“,““的方式自律地进展操作。智能,通过自我诊断装置能自我诊断出故障,并能自我修复。三、机器人的将来:机器人会越来越小目前各国的争论现状而言,说明微型机器人大多还处于试验,,将来微型机器人将广泛消灭。由德国工程师莱纳尔·格茨恩制造的微型机器人,可直接由,,胆囊或肾脏。它依靠微型磁铁驱,,既可用于疾病诊,,,将药物直接送到达需要医治的患病器官,以取得更好的治疗效果，当这种微型机器人工作完成后,医生便可以像抽血那样用针头将它抽出来。将来,将会有可以进入人体血液循环系统的功能齐全的医用微型机器人,能进入工业上的小管道甚或裂缝 ,进展检测与维护的工业用微型机器人 ,以及各种微型传感器,微型,.,,用于;,能在海底航行数年的微型潜艇机器人会越来越聪明现在的智能机器人 ,它的智力最高也只相当于两三岁幼,,其智力水平,,十几岁少年甚至青年人的智力水平。或许在将来的某一天,1996年世界国际象棋冠军卡斯帕罗夫输给了计算机““,我们会看到世界顶尖级的球员组成的““也应付不了的机器人球队。思考：机器人的进展经受了什么变化设想将来机器人的进展会是什么样的。EV3硬件系统EV3掌握器显示屏可显示EV3程序块内部进程，您能够通过程序块界面进展操控。您还可以在编程或试验时增加文本、数值或图形。例如，您可以设计让显示屏显示一张笑脸或苦瓜脸作为比照反响，或是显示一个通过数学计算得到的结果数字(EV3软件帮助中，您会了解更多关于如何使用显示屏的信息)。程序块按钮可引导您进人 EV3程序块界面。这些按钮还可被用作可编程激活器。 例如，您可以编制程序按压“向上”按钮，机器人抬起胳膊 ; 按压“向下”按钮，机器人放下胳膊。EV3电机大型电机大型电机是一个强大的“智能”电机。它有一个内置转速传感器，区分率为1度，可实现准确掌握。大型电机经过优化可成为机器人的根底驱动力。通过使用EV3软件中的“移动转向”或“坦克式移动”编程模块，大型电机可以同时协调动作。中型电机(1)，但是它比大型电机更小更轻。这意味着它比大型电机反响更快速。中型电机可以被编程为开启或关闭，掌握功率等级或运行特定时间或进展指定数量的旋转。大型电机 中型电机两种电机的比较:+大型电机每分钟转速为160-170 转，旋转扭矩为20Ncm,失速扭矩为40Ncm(更低但更强劲)。+中型电机每分钟转速为240-250 转，旋转扭矩为8Ncm,失速扭矩为12Ncm(更快但弱一些)。+两种电机都支持自动识别。EV3连接技术连接传感器和电机要使电机和传感器运行，必需将其连接到 EV3程序块。使用黑色扁平连接电缆，通过输人端口 1、2、3和4将传感器连接到EV3程序块。假设编程时EV3程序块没有连接到计算机，软件会将传感器安排到默认端口。这些默认端口安排为 :+端口1: 触动传感器+端口2: 陀螺仪传感器1温度传感器+端口3: 颜色传感器+4:超声波传感器/红外传感器假设编程时EV3程序块已连接到计算机，软件会自动为每个传感器或电机指定端口。使用黑色扁平连接电缆，通过输出端口A、B、CD将电机连接到EV3程序块。和传感器一样，当您编程时，假设EV3程序块没有连接到计算机，每个电机将会被安排到默认端口。默认端口安排:+A中型电机+BC两个大型电机+D大型电机假设编程时EV3程序块已连接到计算机，软件会在您的四、EV3掌握界面程序块应用程序EV3程序块带有五个预先安装的程序块应用程序。此外，您也可以在EV3软件中创立自己的应用程序。 将其下载到EV3程序块后，自制的应用程序会在此处显示。:端口视图在端口视图的第一个屏幕上，您将会马上看到哪些端口连接有传感器或电机。使用EV3程序块按钮导航到某个已使用的端口，您将会看到从传感器或电机返回的当前读数。连接一些传感器和电机，进展不同设置下的试验。按压“中”按钮查看或更改已连接电机和传感器的当前设置。按压“返回”按BrickApps主屏幕。电机掌握掌握已连接到四个输出端口之一的任何电机的正向和反向运动。有两种不同的模式。一种模式是，您可以掌握连A()和连接到端口D()。另一种模式是，您可B()和连接到C(使用“左”和“右”按钮)。使用“中”按钮在两种模式之间进展切换。按压“返回”按钮返回到BrickApps 主屏幕。红外掌握使用远程红外信标作为远程掌握，红外传感器作为接收器来掌握已连接到四个输出端口之一的任何电机的正向和反向运动。(红外传感器必需连接到 EV3程序块端口4) 有两种不同的模式。一种模式是，您将使用远程红外信标上的频道1和频道2。在频道1上，您可以掌握连接到端口 8的电机( 使用远程红外信标上的按钮 1和按钮2)和连接到端口C的电机使用远程红外信标上的按钮 3和按钮4)。在频道2A(12)和连D(34)。类似地，另一种模式是，您可以通过使用远程红外信标上的频道 3和频4来掌握电机。程序块程序EV3程序块自带程序块编程应用程序，类似于您的计算机中安装的获件。以下说明为您供给了开头使用的根本信息。创立程序翻开您的程序块应用程序。“Start”屏幕为您供给了通过序列线连接的“Start ”和“LOOP”模块。中间的“AddBlock“垂直虚线表示您可以添加更多的模块到程序中。按压“上”按钮从“BlockPalette ”中添加一个的模块。在“BlockPalette ”“上”、“下”按钮导航来选择添加哪个模块。进一步导通常，有两种模块类型一动作和等待。动作模块指示器是模块右上方的一个小箭头。等待模块指示器是一个小沙漏。总611种不同的等待模块可供选择。思考：必备的硬件条件有哪些2.EV3传感器有哪些的端口可以混用吗五个预先安装的应用程序有哪些EV3软件系统一、电脑系统要求有生命一使他们能够移动并完成任务。您会觉察软件具有以下特点：+以可视且直观的方式介绍编程+高效且全面的数据采集工具+是一本既供给指示信息又可记录结果的数字练习册+激发并展现您在科学、技术、工程和数学等领域的兴趣二、软件安装一旦确认您的计算机满足最低系统需求， 您就可以安装此软件。关闭全部其他程序，然后双击EV3软件应用程序文件夹内的安装文件。三、编程大厅每次翻开EV3软件，都会进人大厅界面。利用大厅可轻松要的一切。在大厅内您会觉察如下选项和资源 :---此按钮可随时返回大厅---您可以在此访同、组织、预览内容，并开头一个工程为核心模型构建指令“快速入门”资源，如一小段介绍视频和《 EV3用户指南》现有工程查看--- 此按钮可返回到“活动概览”---使用不同过滤器选项查找特定内容的工程四、编程模块和面板全部掌握您机器人的骗程模块都在 “编程面板”内，位于“编程画布”下面编程环境的底部。编程模块依据类型和性(从)中型电机大型电机移动转向显示声音程序块状态灯(从左到右的挨次)开头等待循环切换循环暂停传感器类模块〔从左到右的挨次)程序块按钮颜色传感器红外传感器电机旋转计时器触动传感器能量表NXT声音传感器(从左到右的挨次)变量常量数学舍入比较范围文本随机(从左到右的挨次)保持活动未校准电机反转电机停顿程序我的模块当您在很多程序中重复使用同一段程序时，说明是时候创建一个“我的模块”的后续程序中。思考：编程大厅由哪几局部组成编程软件中的绿色模块有什么作用“我的模块”如何创立第五章 机器人传动构造一、齿轮传动构造齿轮传动构造是设计机器人驱动方式时常用的一种传动构造。我们的生活中随处可见齿轮，它是锯齿状的轮子。两个或更多的齿轮啮合在一起就能传送动力，实现加快或减慢速度，还能转变旋转运动的方向。二、驱动和从动接近动力源的齿轮称为驱动齿轮。从驱动齿轮接收动力的齿轮称为从动齿轮。齿轮“齿数比”指的是从动齿轮的齿数与驱动齿轮齿数的比。要计算齿数比的值，可以用从动齿轮的齿数除以驱动齿轮的齿数。1(1:1)，那么从动齿轮的速1:1传动。1(:1)，那么从动齿轮的速度快于驱动齿轮的速度。同样，从动齿轮的扭矩小于驱动齿轮的扭矩。这称为增速。1(3:1)，那么从动齿轮的速度慢于驱动齿轮的速度。同样，从动齿轮的扭矩大于驱动齿轮的扭矩。这称为减速。三、建构本节的任务是设计有齿轮传动构造的机器人。可以参考上图的搭建方法 〔但不是唯一方法〕。该模型有2个大型电机，其中一个电机带有传动装置，活动时可以更改装置，另一个电机作为参考使用。例如程序：程序概述：开头移动转向—圈数〔1〕功率〔15〕在运行程序之前，推测启动之后齿轮的转动状况。运行程序并记录观看结果〔齿轮转动的方向和速度〕 。思考：1:1传动吗增速还是减速呢四、扩展推测启动之后齿轮的转动状况。运行程序并记录观看结果〔齿轮转动的方向和速度〕思考：如何运用齿轮转变传动方向转变齿数比率对速度有什么影响第六章 机器人受控移动一、机器人驱动基座要想使机器人受控移动，首先就要搭建出一个可以动的构造，以下为一个根底的驱动基座搭建方案：驱动基座整体构造驱动基座整体构造驱动基座底部构造二、程序设计机器人的移动一般需要有肯定的精度，如何掌握机器人的根本移动就是本章内容要解决的主要问题。我们可以使用编程软件中的动作类模块进展编程，使其掌握驱动基座尽可能以最大精度受控移动。程序概述：开头移动转向装置—圈数〔功率〔30〕等待—〔2秒〕移动转向装置—度数〔功率〔-30〕

2〕720〕以上为一个机器人准确沿直线前进并沿直线后退的程序。三、反思拓展为已搭建机器人重编写程序，使机器人执行以下任务：机器人向前直线移动50cm10cm。机器人向右前方移动30cm。机器人向右前方移动30cm。例如程序：思考：哪些因素会影响移动的精度和全都性除了可以用“移动转向”模块来实现转向，还可以怎么掌握机器人转向尝试设计能够自由移动转向的的机器人构造。第七课 使用传感器转向一、构造构建使用轮子进展转向有时不准确。假设是在有灰尘或者简洁打滑的外表上，由于打滑或者摩擦力不均匀，机器人可能无法准确转向到正确的角度。而陀螺仪传感器是一种数字传感器，它可以准确检测单轴旋转运动，利用这个特性，它可以帮助机器人进展更加精准的转向。机器人的搭建可以参考以下图：陀螺仪可以安装在不动驱动构造的不同部位，但安装时应结实，切忌晃动。二、简洁运用例如程序：程序概述：开头移动槽—功率B〔10〕，C〔-10〕等待—陀螺仪传感器—比较角度—类型〔3〕〔大于或等于〕，度数〔90〕移动槽—关闭排解问题角度需要调整一通常状况下，值需要小于 90度。将机器人放在场地图的起始位置上，然后运行程序估算机器人的旋转角度。说明在有和没有陀螺仪传感器的状况下机器人转向的区分。三、反思和拓展在已搭建的机器人的根底上，进展更多尝试并归纳总结。重编写程序，让机器人执行以下的转向操作：45度程序概述：开头移动槽—功率B〔10〕，功率C〔-10〕等待—陀螺仪传感器—比较角度—类型〔3〕〔大于或等于〕，度数〔45〕移动槽—关闭180度程序概述：开头移动槽—功率B〔10〕，功率C〔-10〕等待—陀螺仪传感器—比较角度—类型〔3〕〔大于或等于〕，度数〔180〕移动槽—关闭顺时针转向360度，随后逆时针转向 360度程序概述：开头移动槽—功率B〔10〕，功率C〔-10〕等待—陀螺仪传感器—比较角度—类型〔3〕〔大于或等于〕，度数〔360〕移动槽—关闭等待—秒〔2〕移动槽—功率 B〔10〕，功率C〔-10〕等待—陀螺仪传感器—比较角度—类型〔5〕〔大于或等于〕，度数〔0〕移动槽—关闭想一想，与程序指示机器人所旋转的角度相比，机器人旋转了多少度思考：陀螺仪传感器有什么作用尝试使用循环模块创立一个程序，使机器人沿正方形行走。自由设计机器人并运用陀螺仪传感器准确掌握方向。第八章 沿线前进一、任务联系机器人竞赛场地上会有一些不同颜色的线，机器人在行驶时也可能可能经过不同颜色的地面。在某些状况下，机器人可以检测地面的颜色并循着轨迹行驶，这就需要用到颜色传感器。通过编程，一台搭建有颜色传感器的机器人就可以巡着地面颜色或者场地中的黑白线来准确前进，从而也就能更高效地完成挑战任务了。二、程序设计利用切换与循环模块，编写一个简洁的巡线程序。程序概述：开头循环—无限大型电机〔C〕—On—功率〔30〕等将待—机颜器色传人感放器—在比训较反练射场光线地的起始位置上，运行程序。强度〔小于，45〕〔C个局部使机器人执行的动作。大型电机〔B〕—On—功率〔30〕等待—颜色传感器—比较反射光线你能否说出可能使机器人接触不到黑色线的因素强度〔大于或等于，45〕大型电机〔B〕—关闭描述程序的各个局部使机器人执行的动作。三、反思与拓展使用同一程序，增大电机的功率级别，然后看看机器人在仍能牢靠地追踪线的状况下可以到达多快的速度。程序概述：开头循环—无限大型电机〔C〕—On—功率〔100〕等待—颜色传感器—比较反射光线强 度 〔小 于， 45〕强 度 〔小 于， 45〕大型电机〔C〕—关闭大型电机〔B〕—On—功率〔100〕等待—颜色传感器—比较反射光线强度〔大于或等于，45〕大型电机〔B〕—关闭说明为何在高功率级别时，机器人可能无法沿线前进。你的机器人正在沿线前进，你可以在某个精准位置停止移动。更改循环模式。10秒后停顿循环和重复10次