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《循迹机器人》教学设计
课题 《循迹机器人》 单元 第一单元 学科 信息科技 年级 八年级
教材分析 这节课我们认识了巡线传感器，并了解了巡线传感器的工作原理，还尝试了用mBlock软件编程控制巡线传感器，并设计了自己的巡线机器人，对于机器人为什么会巡线行走，培养学生的学习和动手能力。
学习目标 了解巡线传感器掌握巡线传感器的编程控制方法学会设计巡线机器人
重点 了解巡线传感器的工作原理。
难点 设计巡线机器人。
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：现实生活中，蚂蚁会沿着地面上有糖的路线行走；警犬和搜救犬会追寻气味搜寻目标，地铁和火车会沿着既定的轨道行驶，那么机器人是否可以沿着既定的路线行走呢？沿着既定路线行走，是机器人的基本功能之一。通过科学合理的搭建，编写正确合理的程序，就可以控制开源机器人按照任务需要自主分析选择行驶的路线，完成循迹行走。拓展延伸酒店机器人酒店如果要使用机器人送餐，那么会在机器人的程序里面输入客人所在的楼层和房间号，这样机器人就会自行进到电梯里面，到达指定的楼层，指定的房间到门口之后会自助地来按响门铃。 提出问题，巡线行走的原因 循序渐进引发学生思考讨论
讲授新课 认识巡线传感器巡线传感器，如图1-5-1所示，一般安装在机器人的下方，通常被用来控制机器人沿着既定路线行走。Makeblock使用专用巡线传感器进行巡线操作，这与其他一些品牌的机器人不同。巡线传感器返回值并不是光线的强度，而是巡线传感器与黑线之间空间的相对状态，而其他类型的传感器，更多检测的是周围环境的物理状态。图1-5-1 巡线传感器Makeblock巡线传感器由两个传感器Sensorl和Sensor2构成，每个传感器又由一个红外发射器和一个红外接收器组成（如图1-5-2）。其检测范围为1cm到2cm。图1-5-2 巡线传感器的组成拓展延伸巡线传感器的工作原理随着少儿编程日渐火热，全国各地的机器人赛事也越来越多，而机器人挑战赛中的最常见的巡线赛就是同样的工作原理。不论是中国青少年机器人竞赛这样的大赛，或者省赛、地区赛等都会设置巡线类的挑战赛。巡线赛考验参赛者对比赛地图路线的判断与理解，通过编写相对应的程序控制机器人完成地图上的巡线任务。机器人巡线一般都是走的黑线，那机器人为什么会沿着地图上的黑线走呢？智能巡线机器人之所以能够寻迹，主要使用的是巡线传感器。巡线传感器是由前方的红外发射与接收探头来完成的。它和送餐机器人使用的磁条感应传感器的工作原理相同，都可以使机器人按照轨迹行走。巡线传感器实质上是红外传感器。一个用来发射红外线，一个用来接收红外线，并根据接收到反射面反射红外线的量的多少来判断传感器所处的位置。红外光线有一个反射特性，对于不同的物体反射特性是不一样的，特别是对白色反光的物体，红外光线的反射量将会多一点。而对黑色不反光的物体，红外反射量将会大量地减少。黑色能大量地吸收红外线，若巡线传感器在黑线上，则接收到的红外线少；若巡线传感器不在黑线上，则接收到的红外线多，利用分支结构对此进行判断可让机器人巡线行走，当需要转弯的时候，控制左右轮子加减速即可。巡线传感器的四种状态巡线传感器的红外发射器在机器人小车行驶过程中不断向地面发射红外光：若红外光被反射（如遇到白色或其他浅色平面），则接收器收到红外信号，输出数值1（此时可观察到巡线传感器背面对应的蓝色LED指示灯亮起）；若红外光被吸收或无法被反射，则接收器收不到红外信号，输出数值0。每个传感器都有两个状态，0和1，所以两个传感器组合在一起，就使得机器人小车的巡线传感器有四种状态，分别是0，1，2，3，如表1-5-1所示。状态1mbot在黑线上，巡线传感器值为0，保持前进状态2mbot偏离黑线向右，巡线传感器值为1，应向左转回到黑线上状态3mbot偏离黑线向左，巡线传感器值为2，应向右转回到黑线上状态4mbot不在黑线上，巡线传感器值为3，可后退寻找黑线 白色表示sensor接收不到红外信号 红色表示sensor可接收到红外信号学习任务：“让我下来”。编程控制巡线传感器，将mbot机器人放置于浅色桌面上，一旦mbot被拿起，则持续发出警报声。将巡线传感器连接到mbot主控板的接口2上，再将mbot用USB线连接到电脑上。任务分析：当mbot放置于白色（或其他浅色）桌面上时，红外光可被反射，巡线传感器的值为3（Sensorl和Sensor2均输出1）；当拿起mbot距离桌面超过检测范围（1-2cm）时，红外光无法被反射，巡线传感器的值为0（Sensor1和Sen-sor2均输出为0）。由此当巡线传感器值为0时，可视为mbot被拿起，使其播放报警声。3.编程设计：参照如图1-5-3所示的脚本，编制程序。图1-5-3 “把我放下来”脚本4.执行脚本：观察脚本执行时机器人小车的状态，进一步探究巡线传感器的工作原理。设计巡线机器人分小组完成学习任务：在浅色平面上，让mbot机器人沿着黑色轨迹前进。1.建构（1）制作机器人活动场地，用黑色胶带粘在白色桌子或地面上，制作一个循迹机器人的指定路线。（2）完善mbot机器人：如图1-5-4所示将巡线传感器向下接到mbot机器人上，串口选择mCore主控板的接口2。图1-5-4 巡线机器人2.任务分析 编程控制巡线传感器实现mbot沿轨迹行走，如图1-5-5所示的效果，需要考虑mbot循迹黑线时可能发生的4种情况。图1-5-5 循迹行走（1）在黑线上时，保持前进；（2）偏离黑线时，及时向左或向右纠偏回到正轨；（3）不在黑线时，后退寻找黑线。3.设计mbot巡线行走的算法流程图各小组成员根据任务分析，使用标准图形符号完成mbot循迹行走的算法流程图。多学一手设计算法是程序设计的核心。为了表示一个算法，可以用不同的方法。常用的有自然语言，流程图，伪代码，PAD图等。算法流程图是用一些图框（如图1-5-6）来表示各种类型的操作，在框内写出各个步骤，然后用带箭头的线把它们连接起来，以表示执行的先后顺序，如图1-5-7。用流程图表示算法，直观形象，易于理解。图1-5-6 流程图符号含义图1-5-7 流程图4.参考程序参考如图1-5-8的脚本程序，各小组探究完成让mbot机器人循迹行走的程序设计。图1-5-8 循迹行走脚本议一议如果让mbot识别黑色平面上的浅色轨迹，机器人能够完成循迹任务吗？尝试完成这个方案。5.运行程序调试运行程序，观察机器人循迹行走的情况。实践与提高1.改变脚本中mbot前进、转弯的速度，观察mbot的巡线效果。2.如果mbot循迹行走不在黑线时，还可以使用其他策略让mbot重新找回黑线吗？ 观看课件，认识传感器了解巡线传感器的组成拓展关于巡线传感器的工作原理在拓展的基础上了解巡线传感器的四种状态了解信号接收的不同显示学习设置巡线传感器执行脚本按照图例设计巡线机器人了解算法是如何运用的 可引导比较上节课超声波传感器的不同之处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 这节课我们认识了巡线传感器，并了解了巡线传感器的工作原理，还尝试了用mBlock软件编程控制巡线传感器，并设计了自己的巡线机器人，对于机器人为什么会巡线行走，大家是否多了一些了解呢？ 总结 对本节课内容进行总结概括。
板书 认识巡线传感器巡线传感器的四种状态用mBlock软件编程控制巡线传感器设计巡线机器人
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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