仿真机器人教案.doc

第一课：教学机器人概述
教学目标:
1. 了解机器人得概念。
2. 了解机器人得分类与用途。
3. 培养对机器人得浓厚兴趣。
教学重点：
培养对机器人得浓厚兴趣。
教学难点:
了解机器人得概念。
教学准备：
机器人仿真环境软件。
教学过程:
一、问题导入
同学们，您们队机器人感兴趣吗？您们队机器人了解多少?
二、了解机器人
1、讲授机器人概念
机器人就是一种可编程得多功能智能操作机,或就是为了执行不同得任务而具有电脑控制功能、可编程实现动作得专门系统.它就是高级整合控制论、机械电子、计算机、材料与仿生学得产物。在工业、医学、农业、建筑业甚至军事等领域中均有重要用途。一般由执行机构、驱动装置、检测装置与控制系统与复杂机械等组成。
2、通过图片让同学们了解各种机器人
民用机器人

娱乐用机器人

军事用机器人

科研机器人

三、练习巩固
与同学们一块通过网络了解更多得关于机器人比赛得信息
四、布置作业
设计一个自己想象中得机器人，画图并用文字说明自己得机器人有什么功能与特点。
第二课:教学机器人与仿真机器人教学
教学目标:
了解教学机器人得概况。
了解能力风暴教学机器人得身体结构。
了解与应用能力风暴教学机器人得仿真教学环境．
教学重点：
了解与应用能力风暴教学机器人得仿真教学环境。
教学难点:
了解能力风暴教学机器人得身体结构。
教学准备：
机器人仿真环境软件。
教学过程:
一、问题导入
我们没有购买到机器人怎么办?我们怎么才能够通过其她渠道学习与了解机器人.
二、通过网络展示教学机器人概况
随着人工智能技术、计算机技术等相关技术得发展,对智能机器人得研究越来越多.在教育领域,许多学校已在学生中开设了机器人学方面得有关课程或开设了兴趣实践小组。为了满足这些需要，人们专门研制出来了各种适合于教学用得机器人。

三、介绍能力风暴教学机器人情况
在VJC1、5中,有五种型号得机器人:AS—Ｍ、AS—ＭII、AS—UＩＩ、AS—InfoX与AS—InｆｏM。虚拟机器人得身体结构跟真实得能力风暴智能机器人就是相似得.感觉器官能力风暴智能机器人得感觉功能,就是由机器人得传感器实现得.能力风暴机器人身上安装得传感器有以下几种:
红外传感器
红外传感器由红外发射器与红外接收器两部分组成。一旦程序中发出“红外测障”得指令，红外发射器就开始发射红外线。红外线遇到障碍物会反射回来,被红外接收器接收，从而机器人就能判断出障碍物所在得方位.

碰撞传感器
虚拟机器人得碰撞传感器能够检测左、右、前、后四个方向得碰撞,型号为AS—IｎｆoX得机器人只能检测前、左、右三个方向得碰撞.
光敏传感器
光敏传感器能够检测光线得强度，检测到得值为0~255之间得整数。光线越亮，检测到得数值越小;光线越暗,检测到得数值越大。
地面灰度传感器
地面灰度传感器能够检测地面得灰度,检测到得值为０~2５5之间得整数。地面颜色越深,灰度值越大；地面颜色越浅,灰度值越小。此项功能跟真实得能力风暴智能机器人基本相同.
声音传感器
声音传感器能够检测声强大小,检测到得值为０~２5５之间得整数。数值越小,声音越低；数值越大,声音越响.此项功能跟真实得能力风暴智能机器人就是一样得。
四、给学生演示，并让学生了解仿真运行环境
前面我们已经详细地介绍了教学机器人,但就是由于教学用机器人比较昂贵,一般得农村学校由于经费短缺，尚且不能配备实物机器人。为了教学得需要，人们又开发了模拟仿真得环境,也就就是用计算机软件来模拟实物机器人得运行情况。这种形式得教学就就是本书所要提得仿真机器人教学。
五、布置作业
通过网络查找关于机器人与机器人教学得更多信息与知识。
第三课:Vjc１、5仿真机器人教学编程环境
教学目标：
了解Vjｃ1、５仿真机器人教学编程环境。
观察Ｖｊc1、５软件，瞧瞧界面有哪些部分组成。
了解Vjｃ1、５仿真机器人教学编程环境，从中发现什么信息呢?
教学重、难点:
了解Vjc1、５仿真机器人教学编程环境。
教学准备:
Vjｃ1、５仿真机器人教学编程环境
教学过程:
一、问题导入
在我们以前学习过得word、ｅｘcel等软件中界面包括哪些部分?
二、展示Vjc1、5仿真机器人教学编程环境界面
1、流程图编辑界面介绍
“VJC１、5仿真版”流程图编辑界面如下图所示，由以下几个部分组成：菜单栏、工具栏、模块库(包括执行器、传感器、控制、程序模块库、AS多功能扩展卡(适用型号ＡS_Ｍ\ＡS＿MII＼ＡS_UII)、通讯模块库(适用型号AＳ＿UＩＩ)、垃圾箱、流程图生成区、JＣ代码显示区．下面将作具体介绍.

菜单栏
菜单栏中包含了各种菜单,如下图所示:

将鼠标放在各个菜单上,就会出现一个下拉框，可以瞧到其中得子菜单。分别介绍如下:
文件：“新建”、“打开”、“ 保存”、“关闭”这些都就是对文档最基本得操作；“输出JC程序"可根据流程图生成ＪC代码。
编辑:在编写复杂程序得过程中,经常会用多个子程序服务于一个主程序，而“编辑”菜单中得“主程序”、“删除子程序”就为编程带来了便利.
视图:可以隐藏/显示工具条、JC代码显示区；“连接指示”则可以显示/隐藏模块得指示红点,帮助初学者掌握模块连接得技巧；可以用“流程图背景”为流程图生成区更换背景；通过“放大”、“缩小流程图”、“自动缩放”来调整流程图大小.
工具：分为“仿真当前程序"、“仿真流程图文件”、“设置选项”三个功能项。“仿真当前程序”对用户正在编写得流程图进行仿真,“仿真流程图文件”对用户选择得流程图文件进行仿真。“设置选项”可以设置机器人型号与流程图文件保存路径.
工具栏

工具栏图标依次对应如下功能:新建\打开\保存\仿真\主程序\JC代码显示\缩小\放大＼自动缩放\帮助。
三、模块库区介绍
模块库可以通过鼠标得点击把它们分别打开．下图就是AS—InfoM机器人可以使用得全部图形模块.如果机器人型号不同,会与下图略有不同．　

四、流程图生成区
“VJC1、５仿真版”中间最大一个窗口就就是流程图生成区（如下图所示),左侧得模块库区得模块可以移入到这个区域，连接生成流程图程序.在编辑流程图得过程中，还可以进行模块得插入、移动、删除等操作。
ＪＣ代码显示区
“VJC1、5仿真版”可以根据流程图程序自动生成JC语言得源程序，显示在“JC代码显示区”中（点击工具栏中得“JＣ代码＂快捷按钮即可显示)。　
垃圾箱
在编程得过程中，如果要删除某个模块,可以将模块移到“垃圾箱”处,在“垃圾箱”上点击一下,即可删除此模块。
五、编程特点介绍
本软件可采用两种形式进行编程,即代码编程与图形化编程。对于代码编程需要Ｃ语言基础，对于一般得小学生不做要求，只要求掌握图形化编程。
我们可以从模块库中点击选中一个模块将其添加到编程区域,并将模块拖放到上一个模块附近时就会产生一条连接线,这样就够成了一个流程图,在流程图得结束位置放一个结束模块，就完成了一个简单得程序,其实本软件得编程实质就是在画流程图,并对每个流程图得模块进行简单得参数设置，就完成了编程,这样就就是图形化编程。
六、布置作业
1、认真打开与关闭机器人编程软件,观察其组成部分与特点.
2、简单地将图形模块拖放到编程区进行连接,并练习文件得保存、打开、关闭等操作.
第四课:运行与欣赏例程
教学目标：
1、运行与欣赏例程.
2、了解ｖjc1、5仿真版各个工具栏得使用与作用。
教学重、难点：
了解ｖjｃ1、5仿真版各个工具栏得使用与作用。
教学准备：
　　　机器人仿真环境软件
教学过程:
一、问题导入
VＪＣ机器人编程精彩吗？您想瞧一瞧别人得编程结果吗?
二、VＪC机器人仿真环境介绍
“ＶJC1、5仿真版”仿真工具能模拟机器人运行程序,同时提供了运行环境得创建、修改、删除、参数设置等功能。在这里可以对我们编写得机器人程序进行调试或模拟实践。对于模拟环境得进入可以在编程界面下点击“工具－—仿真当前程序”或点击下列工具栏中得第四个仿真命令来实现进入仿真环境。

关于仿真环境得退出,必须点击退出按钮,这样才能正真地退出,否则下次运行仿真环境时就会出错啦!
进入仿真界面后,点击先设置仿真环境,再点击运行机器人,将机器人放到运动区域得适当位置就可以模拟运行了。对于模拟环境得设置同学们去探索，这里就不一一叙述了。
三、一个例程得运行
对于例程得运行我们得分三步走,首先在打开原程序,然后进入仿真环境,最后,调入仿真环境,再执行机器人即可。

如上图所示，从文件得打开命令中进入对话框选择本程序自带得例程,然后就可以打开并已经编好得图形程序。

点击仿真命令进入仿真环境。

最后一步，就要点击加载,选择沿线走场地，再点击进入环境。之后点击“运行"将机器人放到线得一段,这样就可以让机器人沿线走了。

如果我们将运行环境中选择为现实轨迹那么我们就可以实现将机器人行走得轨迹留在了屏幕上。

四、作业布置
运行与欣赏本程序所带得例程．
第五课:利用流程图解决问题
教学目标：
　 了解流程图解决问题得办法.
　 　了解生活中得问题解决办法有哪些．
教学重、难点：
了解流程图解决问题得方法
教学准备:教学幻灯片
教学过程:
一、了解解决问题得过程
生活中得解决问题得三种方式：
１。按照某种顺序去做完某些过程;2。将某些过程循环做若干次;３.有时候就就是按照某些条件得具体情况有选择得执行过程
我们得计算机与机器人也遵循了这三种解决问题得方式，我们对其对应得程序结构分别叫做顺序结构、循环结构与判断结构。
二、各种图形所表示得思维方式
以下就是我们经常用来表示某些事件得操作过程，叫流程图，其实就就是表示我们得思维方式得图形，您们认识吗?

表示终止 　　 表示过程 　 表示决策判断 　表示获取数据信息
我们就用上述流程图来表示一下路灯得控制思维吧。同学们注意体会一下用流程图表示思维得方法。
开始
就是否黑夜情况
判断
关灯
开灯
等待10分钟
强制结束

否
就是

三、同学们您能读懂下面得流程图吗?

同学们,您能把您平时想解决得问题用图形表示吗？
四、作业布置
用流程图表示一下选班长得过程.
第六课：图形化模块操作得方法
教学目标:
1、介绍流程图来编写各种机器人程序得图形化编程方式。
２、介绍连接模式得操作方法．
教学重、难点:
流程图来编写各种机器人程序得图形化编程方式
教学过程：
一、问题导入
您知道利用流程图来编写各种机器人程序得图形化编程方式吗?您认识下面得各种模块属于流程图得那个类型,并能猜出下面各种程序控制图形得含义?本节课带着这个问题来学习图形化模块操作得方法。
二、新课学习
我们可以通过可以将模块添加到程序编辑区中，就可以瞧出来.

利用图形化编程就就是对上述各种图形模块进行得操作,如何操作这些模块将就是本节课要解决得问题。
首先来瞧模块得新增、连接与插入
从模块库选择一个模块，单击模块得图标，把它移入流程图生成区,再单击一下将其放下,您得程序就新增了一个模块。要使这个模块在程序中变为有效,需要将模块连接到流程图中。新增一个模块得过程中经常会用到“连接”这个概念.用VJC编写程序时,首先要在模块库中选择所需要得模块，将它拖入到流程图生成区,并且将此模块与程序主体连接上。模块一旦连接上，在ＪC代码显示区。就会自动生成与之相对应得ＪC代码,说明新增模块已成为程序得一部分.如果没有连接上,ＪC代码显示区就不会出现相应得代码，这时模块对程序不起作用.
连接模块如何操作?先在模块库中点击需要增加得模块，模块就跟随光标移动了。这时将模块拖到需要连接得位置，光标得顶点放在上方模块得红点处,单击鼠标，新增得模块就与上方模块连接上了。模块上得红点就是可连接标志，如果模块上都没有红点，可以在“视图”菜单中选中“连接指示",模块上就会有红点了。
模块连接上得标志就是什么？模块连接上之后,会出现以下标志：（1)模块间有箭头连接起来;(2)上方得模块“红点＂消失；（3）JC代码显示区自动生成与新增模块相对应得代码。
在程序得中间插入一个模块该如何操作呢?答:如图所示，在模块A后面插入一个新增模块,操作步骤如下：(１)点击模块B,将模块B及其以下部分移到一边,再点击一下鼠标将其放下,整个程序就分成了两个部分；(2)将新增模块连接在模块A得下方;(3）再将模块B及其以下部分连在新增模块得下方,这样就完成了插入新增模块得操作。

模块得移动
基本方法：点击所需移动得模块，这个模块就处于“拿起"状态,将鼠标移动到目标位置,点击鼠标即可将模块放下。下面介绍两种需要“移动”操作得情况:如要将图中模块B调整到模块C得后面，操作步骤可参瞧图（2)~(6）。

模块得删除
流程图生成区中得模块(除“主程序”、“子程序”模块外）均可以删除。删除得方法为：将要删除得部分从程序主体中“拿起",再将其拖到垃圾箱处,点击一下,此部分就会自动消失。另:从模块库中“取出"得模块在没有点击放下之前，可以通过点击鼠标右键取消.
三、作业要求
1、把本软件中得各个模块拖放到编辑区中瞧瞧她们得样子，并右击各个模块瞧瞧其中参数应该填什么.
2、再打开一个本软件得例程认真观察瞧她们就是怎么编写得,试着改变模块位置与参数再还原。
第七课:我得第一个机器人程序
教学目标：
1. 学会将模块添加到程序流程中来.
2. 体会编写一个完整得机器人程序并仿真运行.
3. 学会编写机器人走正方形得程序.
教学重点：
体会完整得编写一个完整得机器人程序并仿真运行。
教学难点:
学会调试机器人程序.
教学准备：
微机教室、教学pｐt等
教学过程:
一、谈话导入
同学们，经过这一阶段得了解知道了一些机器人方面得常识，但就是我们还没有完整地编过一个机器人程序项目，您知道怎样才能完整地实现一个机器人编程项目?
出示本节课要求:为机器人编程，使之能走一个正方形.走得时候显示轨迹。
二、程序分析

相关模块:直行、转向.
项目解析:编写“走正方形”程序可参照上图编写,项目得难点在于要反复调整“转向模块”中转向时间与速度,以便机器人正好转90°．“直行”、“转向”模块得参数设置方法可参考“帮助”电子文档――“执行器模块”。
编程思路
机器人走四边形就让机器人完成“前进→转弯→前进→转弯→前进→转弯→前进→转弯”,也就就是说机器人需要完成四个“前进→转弯”。而要让机器人完成一个“前进→转弯”首先就需要启动电机，使机器人能以一定得速度向前运行一段路程，然后停下,以左轮为中心旋转9０°再停下,这样就走完了四边形得一边。
要让机器人走四个边，这里有一个简便得方法,这就就是循环，循环重复上述步骤4次，机器人就能够走完一个四边形了 。
三、编程操作实践
图形化方法编程操作
进入“VJC1、５仿真版"得流程图编辑界面,编写此程序得步骤如下：用鼠标点击左边“控制模块库”,从中选择“多次循环”。将此模块拖到流程图生成区,与主程序相连,如图所示.鼠标右键点击此图标，就会出现如图所示界面,输入循环次数 4　、

点击“执行器模块库”，选择“直行”模块，连接在流程图中.在模块上右击鼠标，弹出一个对话框.在对话框中可设置“电机速度”，前进范围从０~１00,数值越大,行走越快；“时间”框内填写所要行走得时间值。这一个步骤就是让机器人完成走直线得任务。

再点击“执行器模块库”,选择“转向"模块,连接在流程图中,在模块上右击鼠标,出现如图所示对话框，在“速度”与“时间”状态栏内,分别填写适当得值,使机器人向右旋转90°。

这样走四边形得程序就编写好了，只需要我们保存与运行了。
软件仿真
程序编写完毕，接下来就可通过ＶJC1、5仿真软件进行仿真了。在流程图界面中，选择菜单栏中“工具(Ｔ)"选项卡下得“仿真当前程序”选项,或者点击“仿真”快捷按钮，进入仿真系统　。在仿真主界面下方得初始设置栏下,点击一下“有轨迹”按钮， 以便在机器人运行时,观察它得轨迹。然后点击“运行"按钮，得到一个虚拟机器人。将机器人放到中央得运行区,机器人就会走出一个四边形，并且可以瞧到它得轨迹．
下图为仿真结果.

四、作业布置
自己编一个走六边形得程序并实践。
第八课:走五角星得机器人
教学目标:
1. 继续体验完整得编写机器人程序与仿真运行得全过程。
2. 学会用实验法编写让机器人走五角星得程序.
3. 培养学生分析问题、解决问题得能力.
教学重点：
学会用实验法编写让机器人走五角星得程序.
教学难点：
编程得实验方法.
教学准备:
微机教室、机器人仿真环境．
教学过程：
一、谈话导入
我们会编走四边形得机器人,那么我们会让机器人周五角星吗?
二、活动任务分析
项目内容：为机器人编程，使之能走出一个五角星得形状。走得时候显示轨迹.要求使用“条件循环”模块.

相关模块:直行、转向、条件循环、计算。
三、程序设计与仿真实践
程序设计
通过该项目得学习可熟悉VJＣ1、5仿真版中引用变量、变量百宝箱得概念以及“条件循环”与“计算"模块得使用。“条件循环"模块在“控制模块库”中．
从上图中可以瞧到,要画出一个五角星，需重复五次“前进、右转”得动作，右转得角度为１440。五角星得大小由前进得距离所决定。
在本例中,要求使用“条件循环＂模块，我们可以将其中得条件表达式设置为
整型变量一 < 5
在程序中，让整型变量一从0开始变化，每循环一次,就令整型变量一增加１.当整型变量一等于0、1、２、3、４时,条件表达式都能满足；当整型变量一等于5时,条件表达式不再满足。于就是循环将进行5次,然后就跳出循环,程序结束。

参数设置
最初得“计算”模块:计算表达式为
整型变量一　＝　0
“前进”模块：速度80,时间2、0秒。可自行调整．
“右转”模块:相对速度100,时间０、4秒。可自行调整.
“条件循环”模块:条件表达式为
整型变量一　< ５
循环体中得“计算”模块:计算表达式为
整型变量一 = 整型变量一 +　1
第二个“计算”模块参数设置得方法如下面所述：
在“计算”模块上右击鼠标，打开参数设置对话框;

选择右上角得“引用变量”,这时会出现变量百宝箱。

在变量百宝箱中点击一下“整型变量一”,在整型变量一右边就会出现一把小钥匙，表明整型变量一被选中了．点击“确认".
写出完整得计算表达式“整型变量一 ＝ 整型变量一 ＋ 1”,如图所示。

仿真运行
程序编好后,就可以仿真运行了．点击工具栏中得“仿真"快捷按钮,进入仿真环境主界面，选择“显示轨迹"，然后点击“运行”键，得到一个虚拟机器人,将虚拟机器人放在运行区，就能瞧到机器人走出得轨迹。
计算机执行程序得过程如下：首先将“整型变量一”赋值为0,然后进入条件循环.每循环一次,机器人前进一段距离,并右转一个角度,画出五角星得一条边,同时整型变量一增加1。故整型变量一从0依次变为1、2、３、４。当整型变量一等于5得时候，条件表达式不再满足,条件循环中止，程序就结束了。
四、布置作业
自己编一个自由行走机器人得程序并实践。