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《机器人走迷宫》教学设计
课题 《机器人走迷宫》 单元 第一单元 学科 信息科技 年级 八年级
教材分析 这节课主要认识了超声波传感器和其工作原理，并拓展学习了超声波传感器在机器障碍物检测及规避中的应用，在利用mBlock软件编程控制超声波传感器的同时，编写程序，成功让机器人走迷宫，培养学生的学习和动手能力。
学习目标 了解超声波传感器掌握超声波传感器的编程控制方法编写调试程序让mbot机器人完成走迷宫任务
重点 了解传感器在避障中的应用。
难点 自己编写走迷宫的程序。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 师：大家平时走过迷宫吗？ 图1-4-1 迷宫如图1-4-1所示，在日常生活中走迷宫是一项很有趣的游戏，迷宫里道路情况复杂，可以考验人的记忆力和判断力，非常具有挑战性。那么我们的开源机器人能够迎接这个挑战吗？现实生活中的迷宫充满复杂通道，人们很难找到正确的通行道路，走出迷宫要具有敏锐的判断力以及良好的记忆力。我们的开源机器人mbot具有一双神奇的“大眼睛”，可以轻松完成走迷宫的任务，让我们一起来认识一下吧。 带出机器人和迷宫的课题 循序渐进引发学生思考讨论
讲授新课 认识超声波传感器超声波传感器（如图1-4-2所示）就像mbot的“眼睛”，能让mbot知道其与前方物体的距离。超声波传感器所测数值的单位是厘米（cm），精确度为1cm，最大可测距离为400cm。mbot超声波传感器标有T的一端为发射端，用来发射超声波信号；而标有R的一端为接收端，能够接收遇到障碍物反射回来的信号，可以用来帮助mbot避开障碍物。超声波传感器模块是一个用来测量距离的电子模块，它主要由超声波发射器、超声波接收器和控制电路组成。当超声波发射器收到指令时，会向前方发出人耳听不出的高频声波，在发射的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，当反射回来的声波被超声波接收器收到时，超声波接收器会立即停止计时，如图1-4-3所示。图1-4-3 超声波原理声波在空气中的传播速度大约是340m/s，根据计时器记录的时间t，控制器就可以计算出发射点与障碍物之间的距离。注意超声波传感器测量的有效范围是3-400cm。拓展延伸超声波传感器在机器障碍物检测及规避中的应用避障是指移动机器根据采集的障碍物的状态信息，在行走过程中通过传感器感知到妨碍其通行的静态和动态物体时，按照一定的方法进行有效地避障，最后达到目标点。实现避障与导航的必要条件是环境感知，在未知或者是部分未知的环境下避障需要通过传感器获取周围环境信息，包括障碍物的尺寸形状和位置等信息，因此传感器技术在移动机器避障中起着十分重要的作用。利用超声波传感器对距离的检测，将前方障碍探测出，并且通过超声波的传回数据以及红外线传感器对小车两侧的障碍物位置的确定，进行判断。超声波传感器检测距离原理是测出发出超声波至再检测到发出的超声波的时间差，同时根据声速计算出物体的距离。由于超声波在空气中的速度与温湿度有关，在比较精确的测量中，需把温湿度的变化和其它因素考虑进去。超声波传感器一般作用距离较短，普通的有效探测距离都在5－10m之间，但是会有一个最小探测盲区，一般在几十毫米，由于超声传感器的成本低，实现方法简单，技术成熟，是移动机器人，AGV，无人机，汽车避障中常用的传感器。用mBlock软件编程控制超声波传感器做中学编程控制超声波传感器，获取超声波传感器的数值，并让熊猫说出小车到障碍物的距离。图1-4-4 熊猫报距离脚本1.连接超声波传感器一般将超声波传感器连接到mCore主控板的接口3上，再将主控板用USB线连接到电脑上，打开主控板，选择串口。2.编程设计：编制如图1-4-4所示脚本。3.执行脚本：将手对准超声波传感器前后移动距离，观察舞台中熊猫所报数值的变化，理解超声波传感器的工作原理。因mBlock软件版本不同，使用mBlockv5编制完成上述脚本时，需要建立一个变量“距离”。机器人走迷宫图 1-4-5 自建迷宫1.学习任务用现有材料搭建迷宫场地（如图1-4-5），迷宫场地要具有可随时调整的特点，且迷宫里的障碍物要有一定的高度，可以让mbot机器人检测到，设计程序控制机器人从迷宫入口进入，从出口离开。2.任务分析（1）迷宫是可以随时调整的，程序设计完成后机器人要适应各种迷宫的变化；（2）使用本单元第二节课中搭建完成的mbot机器人完成学习任务；（3）用超声波传感器完成此项任务，以超声波传感器的数值代表mbot与前方障碍物的距离。设判断值为10cm，当mbot和前方物体的距离大于10cm时，代表前方无障碍物，mbot保持一定速度前进；当mbot和前方物体距离小于10cm时，代表前方出现障碍物，此时mbot需要改变运动方向躲避障碍物。3.参考程序 参考如图1-4-6的脚本，分小组探究完成让mbot机器人走迷宫的脚本设计。图1-4-6 机器人走迷宫脚本4.运行程序运行程序，观察机器人走迷宫的情况，调试修改脚本。为了测试机器人的适用性，应该在多个不同的迷宫里进行测试。练一练机器人能否顺利完成走迷宫的任务？如果任务成功，请记录下你的程序；如果任务失败，请查找原因，完成表1-4-1。小组合作记录问题，分析错误原因，并再次调整程序。表1-4-1 问题记录表问题呈现、错误原因、解决方法一、前方避障失败电机速度问题调整电机速度 二、其他角度避障失败超声波传感器安装的位置问题 重新选择位置安装传感器三、转弯后再次撞上墙壁…………实践与提高礼让行人是文明驾驶的基本要求。设计一款智能小车礼让行人，要求：mbot机器人在板载按钮启动后行驶，若遇到前方有行人过马路（距离<10cm）就停止前进，若行人离开就继续前进。分小组探究完成车辆自动礼让行人的学习任务。有兴趣的学生继续分组完成“悬崖勒马”的学习任务，让mbot机器人行走到危险的“悬崖”边（可将白色或浅色桌面的边缘设为“悬崖”边）时自动停下来，使其具有智能识别路面的技能。注意：首先要对mbot机器人进行改装，将超声波传感器改装到mbot底部，测量它与桌面的距离。编程设计：mbot在板载按钮启动后行驶，探测到前方有路就继续前行，没有路（即为悬崖）就停止前进。 认识超声波传感器的概念，了解工作原理拓展关于超声波传感器的知识增强理解学习课件程序脚本操作自建迷宫中出现的问题可以提出并讨论运行程序是否正常实践并总结问题对拓展可提出问题引发思考 可提出问题讨论对之后实践操作做准备尽可能动手实践总结实践中遇到的难题并解决问题。
课堂小结 这节课我们学习了认识了超声波传感器，并拓展学习了超声波传感器在机器障碍物检测及规避中的应用，在利用mBlock软件编程控制超声波传感器的同时学习了如何让机器人走迷宫，总结所学要点并应用于实际吧。 总结 对本节课内容进行总结概括。
板书 认识超声波传感器用mBlock软件编程控制超声波传感器机器人走迷宫
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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