机器人导航概述教学课件

机器人导航概述机器人导航概述机器人导航概述主要内容●1、移动机器人导航的基本知识2、移动机器人导航方式3、定位技术4、路径规划●5、智能导航算法6、自主飞行机器人导航系统设计7、产品应用8、发展趋势移动机器人导航移动机器人的研究起源:20世纪60年代末期。●导航的概念:移动机器人通过传感器感知环境和自身状态,实现在有障碍物的环境中面向目标的自主运动一、使学生树立正确的学习观农村的中学生,从小生活在农村,见识少,对于生活中常见的一些现象知之甚少,因此,他们认为所学知识对自己的将来没有什么作用。另外,家长多数都是文盲,不懂得知识的重要性,也不懂怎样教育儿女,甚至会给儿女灌输“学习无用论”,针对这一系列阻碍学生学习的客观条件,教师有责任、有义务帮学生树立正确的学习观。在这一点上,教师应多与学生进行交流,了解他们的内心世界,告诉他们知识的重要性,也可以带他们去做一些有利于学习的活动。给他们讲与其生活有关的应用问题,或是农村中知识的应用问题。让学生发现知识存在于社会,存在于生活,和我们的生产、生活密切相关,从而使学生产生求知欲,把“要我学”改变为“我要学”的正确学习观。二、教师教学中要努力转变“教材观”,“用活”教材新课程倡导教师“用教材”而不是简单的“教教材”。教师要创造性地用教材,在使用教材的过程中融入自己的科学精神和智慧,对教材知识进行重组和整合,选取更好的内容对教材深加工,设计出活生生的、丰富多彩的课来,充分有效地将教材的知识激活,形成有教师教学个性的教材知识。既要有能力把问题简明地阐述清楚,同时也要有能力引导学生去探索、自主学习。1.教材不等于教学内容,教学内容大于教材。教学内容的范围是灵活的,是广泛的,可以是课内的也可以是课外的,只要符合学生的认知规律,从学生的实际出发的材料都可作为学习内容。教师“教教科书”是传统的“教书匠”的表现,“用教科书教”才是现代教师应有的姿态。有时候教材中只有练习题并没有类似例题,教师应针对这类问题自行设计,并经常设计与实际生活相关的问题,用实例引发学生学习欲望,激发学生的学习兴趣。2.充分利用教材,开创自由空间。过去的教和学都以掌握知识为主,教师很难创造性地理解、开发教材,现在则可以自己“改”教材了。教材中编入了一些让学生猜测和想象的内容,以发展学生的想象力和各种不同的思维取向。教材中提供了大量供学生自由阅读的栏目以及课题学习。有很多知识教师可以把它们改成学生课外学习研究材料,让学生通过询问、调查、阅读有关书籍和上网查阅等多种渠道搜集有关这些知识资料,并通过书面形式打印出来供全班同学阅读。这样做既锻炼了学生解决问题的能力,又极大地丰富了他们的课外知识,这些都会很大程度地激发学生的求知欲望。三、转变观念,树立正确的师生观1.新课程要求教师应从“师道尊严”的架子中走出来,成为学生学习的参与者。教师参与学生学习活动的行为方式主要是:观察、倾听、交流。教师观察学生的学习状态,可以调控教学,照顾差异,发现“火花”。教师倾听学生的心声,是尊重学生的表现。教师与学生之间的交流,既有认知的交流,更有情感的交流,既可以通过语言进行交流,也可以通过表情、动作来实现交流。让学生分组动手,教师观察学生的合作过程,并参与到他们的合作中,教师及时了解学生在探索合作过程中的所思所想,个别存在的问题给予个别解决。2.新课程下要求数学教师由传统的知识传授者转变为学生学习的组织者。在教学中,个别学习、同桌交流、小组合作、组际交流、全班交流等都是新课程中经常采用的课堂教学组织形式,在教学时,让学生先个人设计,发挥想象,然后同桌交流、小组交流,最后由教师汇总全班同学的优秀作品展示评奖。那一刻,同学们体会到了自主交流取得成功的乐趣。这样,既活跃课堂的气氛,充分调动了全体学生的学习积极性,又能让学生真切地感觉到数学源于生活,生活中处处有数学。3.新课程要求数学教师应成为学生学习活动的引导者。引导的特点是含而不露、指而不明、开而不达、引而不发。这样的学习注重自学,注重探究,教师仅仅在学生迷茫的地方适当地加以启迪,教学效果很好。四、打破传统教学,尝试不同的教学方法在教学中,不把问题直接呈现给学生,而应创设一些数学情境,让学生去发现问题、分析问题、搜集和探索解决问题,确立应用解决问题的教学模式。(一)创设情境,提出问题,激活学生思维创设一些与社会生活实际有关联的、符合学生认知水平的情境,把将要学习的新知识恰到好处地从生活中引入,引导学生生疑,能有效地激活学生的思维,激发求知欲。(二)小组合作,搜集信息,主动探索知识1.搜集信息,提供资源。小组学习的学生间存在差异,由于所处的社会环境不同,他们会从各种不同的途径去搜集信息资源。在课堂上把自己搜集到的资源和小组共享,并共同解决课堂上的问题。对学生来说,能用自己搜集到的信息帮助小组的同学解决问题,会产生一种成就感,从而激发对学习的兴趣。2.主动探索,尝试解决。在合作过程中,一方面,学生能主动探索,各抒己见,认真交流,不同层次学生的能力都得到了相应的提高。另一方面,我们可以通过课堂讨论让学生懂得交往,学会合作。(三)归纳思路,提炼方法,整合构建知识让学生汇报自己的探索过程和结果,教师引导学生归纳反思自己解决问题的思路,建立解决问题的数学模型。这一环节是在学生通过小组合作学习获得初步认识后,进行归纳,使领悟到的知识进一步提炼、升华,从具体到抽象的一个过程。(四)巩固练习,适当扩展,开放学生思维新知识的巩固需要一定的练习。练习的设计除要具有针对性和层次性外,还要突出数学应用思维的开放性。所采用的训练途径和方式主要有:一题多解、一题多问、一题多变等。新课程改革已全面展开,作为一名教师,我们应该尽快成长起来,不要怕摔跤,不要怕挫折和困难,要不断学习、反思,不断充实自己,积累经验,在实践中去感悟新课程理念,转变教育教学观念,探索新的教学方法,让实践之树常青。尊重学生的个体差异，实施因材施教的一个很重要的环节，就是分层作业。分层作业策略正是以教学最优化理论为指南。在初中物理教学中，教师在给学生布置作业任务时，要考虑学生的个体差异，实施分层布置，以满足学生的不同需求，使每一个学生都能得到全面的发展。一、分层作业的设计在设计分层作业时，教师既要有统一的要求，又要考虑到不同层次学生的实际水平。教师可专门设计一个作业题库，在题库中标明每道题的难易程度（如难、中、易），然后让学生根据自己的情况来进行选择，当然，要控制三种难度题型的比例，使学生在选择题目难度的同时，也能兼顾选择题目的数量，从而能根据自己的实际学习情况选到适合自己的作业题。教师还可在每道题前面标注①②③类：①类题主要是针对优等生，侧重于综合实践的应用类作业，然后再加上拓展性的题目，目的是让学生综合运用知识来解决问题，从而达到灵活运用知识，提高分析和解决问题能力的目的；②类题主要是针对中等生，侧重于基础知识的综合性作业，目的是让学生复习巩固基础知识的同时，训练学生对知识的运用能力，激发学生的学习兴趣；③类题主要是针对学困生，侧重于简单的模仿作业，目的是加强学生对基础知识的掌握，让学生打牢学习基础，同时获得一定的成就感，提高学习信心。二、分层作业的收交如果采用分层作业的教学模式后，仍旧像往常那样统一收发作业，那么，分层作业的效果就会大打折扣。分层作业，应采用分层收交的方式。在具体的过程中，为了方便操作，教师可在三类学生中分别设定一名科代表，专门负责不同层次的作业的收交。这样做，便于教师对不同学习程度的学生有个清晰的了解。当然，教师还可以根据学生选题的情况，设计一个统计表格。像选择①类题的学生有哪些？选择②类题的学生有多少？而选择③类题的学生又是谁？通过统计，教师能发现每个学生的选题情况，也能大致评估出学生的物理学习水平。这样，方便教师针对单个学生的知识薄弱点来进行辅导。而综合每次学生自主选题的情况，教师还能对学生的偏好有所了解，例如“这名同学爱选择力学方面的习题，那么他可能?αρв幸环?自己的见解，而另一名同学爱选择电学题，那他可能对电的认识高人一筹”。通过这样的比较，教师能更好地安排学生间的互相辅导，提高教学效率。三、分层作业的讲评教师对于分层作业内容的讲评，要善于抓住重点，因为本身给出的题库内容量较大，如果是一题一题地讲，那么必然会浪费大量的时间，致使学习效率不高。因此，应重点讲评以下两个方面的习题：一是错误率高的低档题和中档题；二是部分学生没做的高档题。通过对这两类题的讲评，既能促进全班学生打好基础，纠正错误解题思路，又能让那些没做高档题的学生辨别其他同学的错误，锻炼解题思维。还有，讲评过程结束后，教师为学生留出的总结时间也特别关键。课堂的最后，留出几分钟的时间，让学生对自己选择的作业进行反思总结，看看自己在解题过程中有哪些问题，又有哪些收获。通过这样的活动，能让学生对知识点、解题方式以及解题思路有所把握，从而进一步优化自己的解题策略。对于学生做题的表现，教师要及时给予鼓励，进一步增强学生学习的自信心。总之，在当前的教育背景下，教师应以学生为中心，在积极发挥自身的引导作用，不断提高自身业务水平的同时，还要主动配合新课改的大方向，积极采用新的教学方法，提高作业质量，让不同层次的学生都能在物理学习上有长足的进步。[主要内容●1、移动机器人导航的基本知识2、移动机器人导航方式3、定位技术4、路径规划●5、智能导航算法6、自主飞行机器人导航系统设计7、产品应用8、发展趋势移动机器人导航移动机器人的研究起源:20世纪60年代末期。●导航的概念:移动机器人通过传感器感知环境和自身状态,实现在有障碍物的环境中面向目标的自主运动导航主要解决的问题导航系统中的定位及其跟踪问题(1)我(机器人)现在何处?●(2)我要往何处走?●(3)我要如何到达该处○路径规划问题研究方向我们又可以分成以下几个研究方向:完全已知环境:机器人知道所在工作环境的所有信息,包括目标点的位置,方向,障碍物的位置和方向。部分已知环境:机器人知道所在工作环境中的部分信息,比如知道一部分障碍物的位置和方向,有另外一部分环境是不知道的。完全未知环境:机器人完全不知道所在工作环境的信息,只知道目标点的方向和位置,其它障碍物的信息是一点都不知道。定位、建图、路径规划(1)通过一定的检测手段获取移动机器人在空间中的位置、方向以及所处环境的信息、。(2)用一定的算法对所获信息进行处理并建立环境模型。(3)寻找一条最优或近似最优的无碰路径实现移动机器人安全移动的路径规划。移动机器人导航方式●移动机器人的导航方式很多,有惯性导航磁导航、视觉导航、基于传感器数据导航卫星导航等。这些导航方式分别适用于各种不同的环境,包括室内和室外环境,结构化环境与非结构化环境。●1)惯性导航惯性导航是一种最基本的导航方式。它利用机器人装配的光电编码器和陀螺仪,计算机器人航程,从而推知机器人当前的位置和下一步目的地。2)磁导航(路径地下埋电缆,流过不同频率的电流,来作为路径信息)磁导航是目前自动导引车(automatedguidedvehicle.AGV)的主要导航方式。AGV是移动机器人中的一种,同时,AGⅤ也是自动化物流运输系统柔性生产组织系统的核心关键设备。这种导航方式要在AGV运行路径上,开出深度为10mm左石,宽5mm左右的沟槽,在其中埋入享线。在导线上通以5~30kHz的交变电流,在导线周围产生磁场AG上左右对称安装了2只磁传感器用于检测磁场强度,引导车辆沿所埋设的路径行驶。AGV缺乏柔性,在原有路径上放置一个障碍物,该AGV就无法完成简单的避障动作。●3)视觉导航通常,机器人利用装配的摄像机拍摄周围环境的局部图像,然后,通过图像处理技术(如,特征识别、距离估计等)进行机器人定位和规划下一步的动作。有研究人员利用Fourier变换处理机器人全方位图像,并将关键位置的图像经Fourier变换所得的数据存储起来作为机器人定位的参考点。以后机器人所拍摄的图像经变换后与之相对照,从而得知机器人当前位置。也有研究人员利用视觉技术解决计算机器人运动过程中的避碰点,从而实现机器人局部路径规划。4)基于传感器数据导航般机器人都安装了一些非视觉传感器,如,超声传感器、红外传感器、接触传感器等。利用这些传感器亦可以实现机器人导航。有研究人员将超声数据与图像数据结合,通过事先训练好的神