资源简介

机器人捡球
课题：机器人捡球（第3章
第2节
第1课时）
一、教材分析
本课是第3章第2节第1课时，教学内容为机器人综合应用课，要求学生能够整体设计特定功能的机器人，更加智能地服务生活。本节课引导学生整体分析机器人捡球动作过程，将其分为找球、抓球、放球三个步骤，再设计各个功能。本节课注重引导学生自主测量伺服电机不同角度，找到实现抓、松、抬、低的方法，培养学生动手实践的意识，掌握一般器件实现机器人功能的方法。
二、学情分析
教学对象为九年级学生，他们学习了VB程序设计，掌握程序编写设计的基本技能，同时经历过了前面各种传感器的学习，以及第1节《智能风扇》的综合实践，已经具备设计实现机器人整体功能的能力，对一般器材并不陌生。故本节课大胆放手让学生自主测量伺服电机不同角度，以实现捡球的功能，师生讨论共同画出整体流程图，学生自己实现代码设计。
三、教学目标
认识伺服电机，掌握伺服电机设置角度的方法；学生能自己动手测量、实践，掌握一般器件实现机器人特定功能的方法；能将伺服电机应用到机械手的设计中，实现捡球球功能。在此过程中体验机器人功能实现的整体设计、各个击破的思路与方法。激发学生运用信息技术的热情，让机器人为美好生活提供更多服务。
四、教学重点与难点
1.
重点
（1）利用伺服电机不同角度实现捡球功能。
（2）机器人捡球整体功能的设计流程与代码实现。
2.
难点
利用伺服电机不同角度实现捡球功能。
五、教学方法
采用教师讲授、演示、学生实践相结合的方法。
六、课前准备
多媒体网络教室
、器材（主控板、超声波传感器、伺服电机、有源蜂鸣器、光线传感器、红外线避障、灰度传感器、LED灯、LCD液晶屏）、学习任务单、教学课件等。
七、教学过程
（一）情境导入
1.
教师活动与学生活动
展示图片：羽毛球场上，散落一地的羽毛球，工作人员在弯腰捡球。
想：如果能有一个机器人专门帮忙捡球就好了。
2.
设计意图
情境导入，激发学生的学习兴趣。
（二）整体设计分析
1.
教师活动与学生活动
你觉得这个捡球机器人应该如何设计？包含哪些功能？
学生回答。
教师总结：
功能——找球、抓球、放球。
构成——超声波距离传感器、机械爪、球筐等结构。
图1　捡球机器人
2.
设计意图
培养学生整体设计的思维，并能分解成不同的具体功能。
（三）捡球功能实现
1.
教师活动与学生活动
过渡：整个功能中，大家最不熟悉的就是机械手捡球的功能设计与实现，下面我们来重点学习。
（1）结构分析，组装搭建
图2　机械手
（2）舵机（伺服电机）介绍
图3　舵机
将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象，它能精准控制速度和位置。
0～180度；
需要几个舵机：2个；
使用MG996R型伺服电机制作机械爪和机械臂。
（一个控制抓取、一个控制抬低）
任务一：完成机械手的组装搭建
（只需将机械臂连接，并将机械手固定到底盘）
任务二：测量实现抓球的
表1
结构
功能
代码
爪
松
抓
臂
抬
低
（3）展示反馈
表2
2.
设计意图
（1）认识伺服电机，掌握机械手的搭建。
（2）自主测量伺服电机不同角度，实现不同功能。
（四）功能完善与创新
1.
教师活动与学生活动
（1）机器人捡球的整体流程是什么？画出流程图。
图4　流程图
任务三：完成机器人捡球的整体功能
检测球：超声波距离传感器组装、连接、测距
图5　控件
球筐的搭建
参考效果：
图6　球筐
整体代码的编写
参考代码：
图7　代码
（2）创新（拓展）
参考：
让你的捡球机器人与众不同：增加鸣叫、闪光等功能。
能否让你的捡球机器人程序统计捡球个数？
如果是捡乒乓球，机械爪该如何设计？
2.
设计意图
（1）绘制整体流程图，帮助整理思路，有助于程序代码的编写。
（2）测试抓球的最佳距离。
（3）培养学生创新思维意识。
（五）课堂总结
1.
教师活动与学生活动
（1）小结
舵机（伺服电机）的应用
整体设计
找球——超声波距离传感器
抓球——伺服电机
放球——完成创意提醒作品
“懒人思维”
让机器人为美好生活提供更多服务。
（2）思考
能否快速捡更多球？
伺服电机还可以应用在机器人打球活动中，你还能想到其他应用吗？
2.
设计意图
总结、提升。
附表：
机器人捡球任务单
班级：
组号：
组员姓名：
任务一：完成机械手的组装搭建
（只需将机械臂连接，并将机械手固定到底盘，如图）
任务二：
1.
完成角度的测量，填入下表，实现抓球放球的功能。
（连接主控板，连接1号伺服电机到数字3号口，连接2号伺服电机到数字2号口）
2.
思考并回答。
　　任务三：完成机器人捡球的整体功能
1.
机器人捡球的整体流程是什么？画出流程图。
2.
检测球：超声波距离传感器组装、连接、测距。
图一
3.
球筐的搭建。
参考效果：
图二
4.
整体代码的编写，实现功能。
5.
创新（拓展）。
参考：
（1）让你的捡球机器人与众不同：增加鸣叫、闪光等功能。
（2）能否让你的捡球机器人程序统计捡球个数？
（3）如果是捡乒乓球，机械爪该如何设计？
超声波距离传感器
球筐
机械手
1号伺服电机
2号伺服电机
球筐
超声波
?(共14张PPT)
如果能有一个机器人帮忙整理球就好啦！
机器人捡球
整体分析
机器人捡球的工作过程是什么？
功能
结构
——找球、抓球、放球
机械手
超声波距离传感器
球筐等结构
如何控制角度——舵机
工作原理：又叫伺服电机，将电压信号转化为转矩和转速以驱
动控制对象，它能精准控制速度和位置。
能控制的角度：0～180度
需要几个舵机？
控制抓取
控制抬低
任务一
完成机械手的组装搭建
1.
将机械臂连接。
2.
将机械手固定到底盘。
舵机角度的控制
连接：数字口
程序控制:
任务二
开：______度
合：______度
完成角度的测量，填入下表，实现抓球放球的功能。
机器人捡球的整体流程是什么？
画出流程图
检测球——超声波距离传感器
组装连接
测距程序
？
球筐的搭建
参考效果
整体代码编写
参考程序
任务三
完成机器人捡球的整体功能。
本课小结
（1）你的收获……
（2）“懒人思维”让机器人为美好生活提
供更多服务。
思考
1.
能否速捡更多球？
2.
伺服电机还可以应用在机器人打球活动中，你还能想到其他应用吗？
1号伺服电机
2号伺服电机
墨考
常见问题
原因
解决方法
不能准确地停在羽毛球前方
很难夹住球
「结构。功能
代码中
松键倡号G输出角度●
爪
抓键别号G输出角●
抬磁号GD输
低小没色号色GD输出角度为
超声波
球筐
开始
小车前进
N
检测到
小车停止
放下机械爪
机械爪夹球
抬起机械爪
机械爪松开
球筐
超声波距离传感器机械手
机器人主程序
重复执行
前进转速为400
如果《板载超声波测距cm)<12那么
前进转速为0
设置《航机接1红色5V橘色信号棕色GND输出角度为(170
等待已
设置《舵机接口4红色5V橘色信号棕色GND输出角度为170
等待(2秒
设置舵机接囗1红色5V橘色信号棕色GND输出角度为15
等待(2秒
设置舵机接口4红色5V橘色信号棕色GND输出角度为(100
等待(2秒
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