川教版级信息技术下册课件第二单元第1节《城市建设机器人》

1课堂导入1课堂导入同学们从这个视频短片中看到了什么？是不是看到有的机器人在生产流水线上进行标准装配，有的机器人在和游客进行互动，还有的像人类的手臂一样做着精细的操作呢？请你说一说，你还见过哪些机械自动化的案例？学习目标11.了解机械臂的控制原理，能够构建一个简单的机械臂模型。2.理解舵机的工作原理，能使用多个舵机协调地完成一组动作。3.掌握信号输入器件控制机械臂的方法。2目录一、项目分析，方案确定二、系统搭建，功能实现三、功能丰富与改进项目分析，方案确定一一、项目分析，方案确定项目分析，方案确定一1.需求分析如果我们也想制作一个机械臂，以实现简单搬运的功能，将机械臂一侧的物体夹持住以后，把它移动到机械臂的另一侧，完成搬运功能。项目分析，方案确定一2.技术选型（1）机械臂结构机械臂根据结构形式的不同分为：多关节机械臂、直角坐标系机械臂、极坐标机械臂、柱坐标机械臂等。项目分析，方案确定一（2）驱动机构——舵机舵机作为机械臂的驱动机构，是一种位置（角度）伺服的驱动器，用于需要角度不断变化并保持相应位置（角度）的控制系统。项目分析，方案确定一舵机主要由外壳、电路板、马达、齿轮与位置检测器构成，转动的角度是通过调节PWM（脉冲宽度调节）信号控制的，其转角范围为0°~180°。因为要使用PWM信息控制转动角度，所以在接线时舵机的引脚只能接Arduino上带“~”标志的3、5、6、9、10、11号端口。项目分析，方案确定一3.方案确定按设计目标制作一个简易的三自由度机械臂，确定方案如下表：三自由度机械臂设计方案项目名称三自由度机械臂作品功能设计并实现一个三自由度机械臂，完成简单的夹持任务。材料清单Arduino控制器、三自由度机械臂CAD设计图、亚克力板、9g舵机（四个）等。实现过程先搭建机械臂结构，将Arduino控制器与舵机连接，并逐一调试舵机的活动角度，根据活动角度和任务进行程序设计。并在实际任务中不断调试和优化参数。系统搭建，功能实现二二、系统搭建，功能实现系统搭建，功能实现二1.结构构建机械臂的结构可以选用亚克力板为材料，借助CAD设计图和激光切割机制作。系统搭建，功能实现二三自由度机械臂主要由机械爪、前摆臂、后摆臂和底部转盘构成，由四个舵机控制。夹持舵机控制机械爪的开合；左侧舵机控制前摆臂的摆动，主要影响机械爪的前后移动；右侧舵机控制后摆臂的摆动，主要影响机械爪的上下移动；底盘舵机控制底部转盘的转动，影响机械爪水平方向的转动。2.系统接线设计出电路接线图。将舵机与Arduino控制器连接好，并记好器件针脚对应表。系统搭建，功能实现二连接端口对应表功能舵机模块端口Arduino控制器端口夹持舵机VCC（红色）5VGND（棕色）GND控制口（橙色）3左侧舵机VCC（红色）5VGND（棕色）GND控制口（橙色）5右侧舵机VCC（红色）5VGND（棕色）GND控制口（橙色）6底盘舵机VCC（红色）5VGND（棕色）GND控制口（橙色）9系统搭建，功能实现二3.程序编写与角度调试在Mixly里面，舵机控制模块有两个控制参数，分别是转动的角度和延时时间。控制引脚（应为PWD引脚）舵机转动的角度转动后延时的时间系统搭建，功能实现二对机械臂各个“关节”转动的角度进行调试和校对。夹持动作闭合为80°、放开为160°，设计机械臂的夹持动作函数。系统搭建，功能实现二实践与记录：请将机械臂舵机转角的范围调试出来，并填写在下表中：舵机转角范围记录表舵机名称最小角度最大角度舵机名称最小角度最大角度夹持舵机右侧舵机左侧舵机底盘舵机系统搭建，功能实现二4.功能实现根据下图任务模型，设计程序，完成搬运任务。开始结束初始化，让夹钳向前居中，夹子张开底盘舵机朝右侧转___度前、后摆臂调整___度至物体被夹持高度夹子夹持底盘舵机朝左侧转___度夹子张开功能丰富与改进三三、功能丰富与改进功能丰富与改进三1.使用电位器控制机械臂电位器：电位器是阻值随电刷滑动变化的电阻，通常由三个引脚、电阻体和可移动的电刷组成。当电刷沿电阻体移动时，在输出端即获得与电刷的位移量成一定关系的电阻值或电压。功能丰富与改进三电位器的输入值可以作为舵机转动角度的依据，机械臂其余部件的控制方法与之类似。下图是选用一个电位器来控制机械臂底部转盘的运动接线图。功能丰富与改进三Arduino通过模拟端口（A0至A5）读入电位器的模拟数值，读取的模拟数值的取值范围为0~1023。连线端口对应表模块名称模块端口Arduino控制器端口底盘舵机VCC（红色）5VGND（棕色）GND控制口（橙色）9电位器侧边引脚15V中间引脚A0侧边引脚2GND功能丰富与改进三因为电位器输入的数值范围为0~1023，而舵机转动的角度范围为0°~180°，所以，用电位器控制舵机转动时，需要使用map()映射函数，将读取的电位器的值映射为舵机转动的角度范围。Mixly的映射模块功能丰富与改进三电位器控制舵机转动的程序如下图：操作实践：请你参照上图的程序示例，增加3个电位器，以操作机械臂的另外3个舵机。功能丰富与改进三2.使用其他器件控制机械臂操作实践：请你使用其他控制器件（如双轴按键摇杆）替换电位器，以更加灵活地控制机械臂。几种控制器件器件名称描述双轴按键摇杆双轴按键摇杆可以读取摇杆的X轴、Y轴和中间按键的数值，一般在航模、电玩、遥控车、云台等设备上应用广泛，很多带有屏幕的设备也经常使用摇杆作为菜单选择的输入控制器件。手柄手柄是为游戏、双手操控设计的控制装备，与摇杆类似，常常用在航模、电玩、遥控车、云台等设备上。红外遥控器在日常生活中我们会接触到各式各样的遥控器，如电视机、空调、机顶盒等的遥控器。其实红外遥控器在Arduino的操控设备中也很常见。3课堂