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第8单元 第3课
（湘科2024版）六年级
下
控制系统与机器人
1
核心素养目标
3
活动目标
5
练习提升
7
活动日志
2
新知导入
4
新知讲解
6
拓展延伸
板书设计
8
01
核心素养目标
信息意识
计算思维
数字化学习与创新
信息社会责任
讨论机器人安全避让人类等伦理问题，了解自主可控技术对国家发展的意义，形成科技强国的责任意识。
运用3D建模、开源硬件搭建可编程机器人模型，协作完成设计、调试与编程，体验数字化工具的创新应用。
学会将机器人控制拆解为“感知-判断-动作”模块化流程，用图形化编程实现基础逻辑控制，理解算法作用。
通过案例了解机器人在不同场景的功能特点，理解传感器收集环境数据的过程，认识智能设备如何提升社会效率。
02
新知导入
在我看来，计算机计算机依靠传感器来接收外界的信息。就像我们的眼睛和耳朵一样，传感器可以感知光、声音、温度、压力等各种物理量，并将这些信息转化为电信号。例如，摄像头就是一种图像传感器，它可以将外界的图像转化为数字信号，让计算机能够处理和分析。编码就像是一个神秘的密码世界。它虽然看不见摸不着，却在计算机的世界里起着非常重要的作用。
机器人是一种能够半自主或全自主工作的智能机器，能通过编程实现自动控制，执行较为复杂的任务。机器人广泛应用于工业制造、医疗护理家庭服务、农业耕作、军事防御等领域，提高了生产效率，改善了生活质量助力社会发展。机器人离不开控制，使用开源硬件我们可以尝试制作简单的机器人，体验如何控制机器人。
02
新知导入
避障小车靠什么‘看’路？
它有个超声波传感器当‘眼睛’，像蝙蝠发射声波探测距离，一碰到障碍物，主控板这个‘大脑’马上计算安全距离。
02
新知导入
思考
冬奥会的机器人怎么送餐不撞人？
在我看来，计算机计算机依靠传感器来接收外界的信息。就像我们的眼睛和耳朵一样，传感器可以感知光、声音、温度、压力等各种物理量，并将这些信息转化为电信号。例如，摄像头就是一种图像传感器，它可以将外界的图像转化为数字信号，让计算机能够处理和分析。编码就像是一个神秘的密码世界。它虽然看不见摸不着，却在计算机的世界里起着非常重要的作用。
它身上装了像电子眼一样的红外传感器，一旦检测到前方有人，像躲闪游戏一样绕开，还用语音提醒‘小心避让’呢！
02
新知导入
在我看来，计算机计算机依靠传感器来接收外界的信息。就像我们的眼睛和耳朵一样，传感器可以感知光、声音、温度、压力等各种物理量，并将这些信息转化为电信号。例如，摄像头就是一种图像传感器，它可以将外界的图像转化为数字信号，让计算机能够处理和分析。编码就像是一个神秘的密码世界。它虽然看不见摸不着，却在计算机的世界里起着非常重要的作用。
凌晨的快递分拣中心，机器人扫描包裹条形码后精准投入对应格口，AGV小车驮着货箱沿二维码地图灵活转向，仿佛在执行一场无声的物流交响乐。
扫地机器人遇到障碍物会立刻后退转向，它的超声波传感器像蝙蝠回声定位，主控板快速计算安全路线。
02
新知导入
03
活动目标
了解机器人的种类、基本构造和控制原理。
2.体验控制简单机器人。
04
新知讲解
一、机器人的种类
根据不同的需要，人们设计制作了各种各样的机器人，既有生活中常见的扫地机器人，也有工业机器人、排爆机器人和人形机器人等。虽然这些机器人的外观和功能有很大差别，但它们具有一些类似的功能，如能根据指令完成某项工作，自主移动位置或完成某个动作等。
各种各样的机器人
信息链接
作为一场“科技冬奥”，北京冬奥会随处可见各类机器人穿梭的身影，有炒菜机器人、送餐机器人、引导机器人、递送机器人、物流机器人等。它们不仅可以完成引导、送货、消毒、翻译等工作，还可以冲咖啡、泡茶做饭等，为来自世界各地的运动员提供全天候服务。
04
新知讲解
04
新知讲解
二、机器人的构成与控制
机械系统是机器人完成任务的执行机构，类似人的四肢；传感系统是机器人的感测系统，如同人的感官；控制系统是机器人的指挥中枢，相当于人的大脑；动力系统为机器人提供动力。
机械系统
04
新知讲解
控制可以由输入、计算和输出三个部分组成。类似地，机器人控制也可以分为感知、判断和动作三个部分。
04
新知讲解
机器人的控制非常复杂。以扫地机器人为例，它不仅安装了各种传感器以躲避障碍，还可以根据智能算法规划行走路线，自动完成清扫工作。
探究实践
小组合作，设计一个可以前进，遇到障碍后会后退的简单避障小车机器人模型，在下面的方框内绘制结构图和控制流程图。
04
新知讲解
04
新知讲解
三、体验控制人形机器人动作
相比小车机器人，人形机器人的构成和控制要更复杂。要让人形机器人能够模拟人的行走动作，首先要研究人是怎样行走的，再将动作分解为机器人可以完成的动作。
控制人形机器人
探究实践
1. 分析人行走时腿和脚的运动状态以及身体角度的变化并填写下面的动作分解表。
04
新知讲解
动作 腿的运动 脚的运动 身体角度的变化
抬腿 前腿膝盖抬高（约15厘米） 前脚脚尖自然下垂 上半身挺直，腰部微微向前送
迈步 前腿向前伸直，后腿跟进 前脚脚后跟先轻轻触地 身体重心从后腿慢慢移到前腿
落脚 前腿膝盖微弯缓冲冲击力 全脚掌贴地，像盖章一样稳 身体恢复直立，准备下一步
探究实践
2. 设计机器人的结构模型图，并用3D打印机打印相关部件。
04
新知讲解
探究实践
3. 选择控制、动力部件。主控板作为控制部件，四个舵机完成动作。
04
新知讲解
探究实践
4. 步态规划。通过对机器人的四个舵机进行协同控制，使机器人能模拟人步行。
04
新知讲解
探究实践
5. 动作控制设计。我们通过控制舵机的转动来完成上述步态规划中的动作。
04
新知讲解
机器人动作与舵机角度对照表 1号舵机 2号舵机 3号舵机 4号舵机
动作 1 +30°（前抬） +20°（微屈） 0°（保持直立） 0°（保持直立）
动作2 +40°（继续前抬） +30°（加大屈膝） -10°（轻微后仰） +10°（缓冲前倾）
动作 3 -10°（下放） 0°（伸直） +10°（回正） 0°（保持直立）
动作 4 0°（直立支撑） 0°（伸直） +30°（前抬） +20°（微屈）
探究实践
6. 编写程序，调试运行。
04
新知讲解
探究实践
随着人工智能技术、伺服技术和传感技术等技术的进步，机器人控制朝着智能化、精细化和拟人化等方向发展。在不远的将来，机器人将变得越来越智能化、精密化，能自主完成更多复杂的工作，在我们的生活中扮演越来越重要的角色。
04
新知讲解
信息链接
1.机器人一般由哪些部分组成？
04
新知讲解
机器人就像会动的智能积木！它们通常有：
①"眼睛耳朵"（传感器）：像温度计、摄像头，能感知环境；
②"大脑"（控制器）：像手机芯片，负责思考决策；
③"手脚"（执行器）：比如会转的电机、能伸缩的机械臂；
④"心脏"（电池或电源）：提供能量；
⑤"身体骨架"：金属/塑料外壳保护零件。就像乐高机器人，光感眼睛看路，主机大脑指挥，马达带轮子跑起来！
信息链接
2.描述机器人的控制方法与过程。
04
新知讲解
我们组用mBot机器人做过实验：
遥控模式：像玩赛车游戏，用平板APP控制前进/转弯
自动模式：提前用图形化编程（类似拼积木）告诉机器人
"如果超声波眼睛看到障碍物，就立刻右转"
体感控制：戴智能手表挥手，机器人同步挥机械臂
过程中传感器像侦察兵收集信息，传给大脑分析，最后马达咔咔执行动作，超像在指挥钢铁小助手！
05
开拓视野
发展自主可控智能机器人
发展自主可控的智能机器人对我国具有重大意义。它不仅能提升我国在全球制造业中的竞争力，促进经济发展，还能提升国家创新能力。同时，自主可控的智能机器人技术也可以应用于军事、航空航天等领域，有助于提高国家的防御能力和战略威慑力，保障国家安全。
06
拓展延伸
快递分拣中心的机器人军团
闪电分拣小能手：
包裹在传送带上被机器人飞速扫码，像玩分类游戏般精准投入对应格口。
智能扫描眼：
顶部的摄像头如同"电子鹰眼"，0.1秒识别条形码和面单信息。
06
拓展延伸
快递分拣中心的机器人军团
搬运大力士：
橙色AGV小车托着货箱灵活穿行，遇到人类会自动"刹车礼让"。
迷宫导航王：
机器人通过地面二维码定位，像玩闯关游戏规划最优路线。
06
拓展延伸
快递分拣中心的机器人军团
夜班钢铁战队：
凌晨人类休息时，机器人军团仍亮着蓝光哒哒作响处理包裹洪流。
云端指挥官：
所有机器人通过物联网接收指令，后台大屏实时显示每件快递的奇幻漂流记。
07
单元回顾与评价
单元回顾
07
单元回顾与评价
评价交流
1.同学之间相互交流，分享各自的收获
学习完这个单元，我发现物联网就像魔法遥控器！我和小明用手机APP成功遥控教室电灯开关，还能用语音指令指挥小机器人跳舞。最酷的是我们设计的"会思考"的垃圾桶，摄像头能自动识别饮料瓶和果核。原来人工智能就像机器人的大脑，传感器收集信息，控制器做出判断，超有意思！
07
单元回顾与评价
评价交流
2.评一评，画一画。(最高为5颗★)
评价内容 自我评价
初步了解物联网及其与控制的关系
了解通过物联网实现控制的基本过程
初步了解人工智能及其与控制的关系
体验在控制过程中运用人工智能技术
了解机器人的种类、基本构造和控制原理
初步体验控制简单机器人
07
单元回顾与评价
评价交流
2.评一评，画一画。(最高为5颗★)
学习表现 自我评价 同学评价 教师评价
积极参与探究活动和小组合作
能充分利用数字工具开展学习
能提出有创意的想法和观点
主动分享和展示学习成果
08
活动日志
活动日志 班级：XX 姓名：XX 活动名称 控制系统与机器人
活动环节 1口 了解机器人的种类 2口 掌握机器人的构成与控制（在对应环节画V）
活动完成内容 体验控制人形机器人动作
活动完成度 口口口口口口口口口(100%)
活动小结 问题与反思：语法错误、编辑错误。
改进的方法：加强对控制系统与机器人关系的理解。
09
板书设计
控制系统与机器人
1.进行新知引入
2.尝试设计避障小车机器人模型
3.体验控制人形机器人动作
4.完成课堂练习
5.进行知识拓展
10
课后作业
01
请编写一个程序，实现简单的控制机器人。
10
课后作业
02
小组协作控制机器人进行简单的行走。
10
课后作业
1、北京冬奥会的机器人不能完成以下哪项服务？（ ）
A. 炒菜 B. 送餐 C. 修理电路 D. 翻译语言
2、扫地机器人躲避障碍物时，主要依靠哪个部件？（ ）
A. 主控板 B. 超声波传感器 C. 轮子 D. 刷子
3、快递分拣机器人如何快速找到包裹对应的格口？（ ）
A. 靠人类搬运工指挥 B. 扫描包裹条形码 C. 随机乱扔 D. 用麦克风听指令
4、控制人形机器人走路时，需要协调以下哪种部件？（ ）
A. 电池和充电器 B. 摄像头和扬声器 C. 舵机和主控板 D. 轮子和履带
5、遥控mBot机器人时，智能手表检测挥手的动作靠什么部件？（ ）
A. 温度传感器 B. 陀螺仪 C. 超声波传感器 D. 麦克风
B
C
B
B
C
10
课后作业
6、描述机器人完成避障任务的“感知-判断-动作”过程，并举例说明。
7、扫地机器人能自动规划路线是因为安装了GPS导航系统。（ ）
8、人形机器人走路时，只需控制一个舵机就能保持平衡。（ ）
9、快递分拣机器人通过扫描地面二维码来导航。 （ ）
机器人避障时，首先用传感器（如超声波传感器）像“侦察兵”一样探测前方障碍物（感知）。接着，主控板（大脑）根据探测到的距离计算安全路线（判断）。最后，动力系统（如轮子）执行命令，比如后退或转向（动作）。例如，扫地机器人发现椅子腿时，传感器检测到障碍物，主控板命令轮子右转90度绕开，就像玩躲避游戏一样。
错
错
对
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