【文章內(nèi)容簡介】 能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的裝置。直流電機(jī)有多種不同尺寸和配置。圖1所示為一些常見的小型直流電機(jī)，它們非常適合用來控制小型移動(dòng)機(jī)器人的前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎等動(dòng)作。圖1 幾種DC電機(jī)的照片直流電機(jī)工作時(shí)需要給電機(jī)轉(zhuǎn)子上的線圈通電。電流在線圈中流動(dòng)便產(chǎn)生一個(gè)磁場，該磁場與線圈外固定的永久磁鐵產(chǎn)生的磁場相斥。這兩個(gè)磁場相互作用產(chǎn)生的力可推動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。用于描述電機(jī)電源要求和電機(jī)性能的參數(shù)有很多。其中，最基本的一個(gè)就是他的工作電壓（額定電壓），該電壓是驅(qū)動(dòng)電機(jī)推薦使用的電壓。當(dāng)實(shí)際電壓低于額定電壓時(shí)，大多數(shù)電機(jī)仍可以正常工作，但輸出功率要減小。另外，大多數(shù)廠家給出的電機(jī)額定電壓都比較保守，所以當(dāng)實(shí)際電壓高于額定電壓時(shí)，電機(jī)一般也可以正常工作，但通過這種方法獲得輸出功率增加是以犧牲電機(jī)壽命為代價(jià)的。電機(jī)的另一個(gè)性能參數(shù)是工作電流。電壓恒定時(shí)，電機(jī)上的電流與它的輸出功率成正比。當(dāng)空載運(yùn)行時(shí)，電機(jī)的電流最??；當(dāng)負(fù)載增大到使電機(jī)堵轉(zhuǎn)的程度時(shí)，電機(jī)上的電流最大，該電流被稱為電機(jī)的堵轉(zhuǎn)電流，它也是電機(jī)在額定電壓下的最大工作電流。通過電機(jī)的電流越大，電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)力（或轉(zhuǎn)矩）就越大，這是電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈與周圍永久磁鐵之間電磁場相互作用的直接結(jié)果。線圈中產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度與通過它的電流大小成正比，而電機(jī)輸出軸上的轉(zhuǎn)矩與兩個(gè)磁場的強(qiáng)度直接相關(guān)。評價(jià)電機(jī)性能的另一個(gè)參數(shù)是它的賭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。這個(gè)轉(zhuǎn)矩是指電機(jī)在額定電壓 下，被迫賭轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩大小，此時(shí)電機(jī)上的電流即為賭轉(zhuǎn)電流。對小電機(jī)而言，轉(zhuǎn)矩通常以盎司英寸（1盎司=）為單位衡量（即距離電機(jī)轉(zhuǎn)軸中心為一英寸的力臂上所產(chǎn)生的直線里大?。?。電機(jī)所提供的功率大小等于輸出軸的轉(zhuǎn)速與力矩的乘積。當(dāng)電機(jī)自由轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)（空載狀態(tài)），輸出軸轉(zhuǎn)速最大，但轉(zhuǎn)矩為零，此時(shí)電機(jī)不驅(qū)動(dòng)任何機(jī)構(gòu)，因此輸出功率為零（實(shí)際上電機(jī)也會消耗一部分功率克服內(nèi)部摩擦，但這種功率不產(chǎn)生任何輸出作用）；當(dāng)電機(jī)賭轉(zhuǎn)時(shí)，輸出最大的轉(zhuǎn)矩，但轉(zhuǎn)速為零，因此輸出功率也等于零。在兩種極限情況之間，輸出功率與轉(zhuǎn)速間呈一種拋物線的關(guān)系，如圖2所示。在其正常工作范圍的中部，電機(jī)產(chǎn)生的功率最大。圖2 電機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩及輸出功率之間的理想曲線圖中實(shí)線表示電機(jī)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系。在該直線的右側(cè)，轉(zhuǎn)速達(dá)到最大（100%），而轉(zhuǎn)矩為零，這一點(diǎn)代表了電機(jī)空轉(zhuǎn)，沒有做任何有用功的情況。而在直線的左側(cè)，轉(zhuǎn)速為零，但轉(zhuǎn)矩達(dá)到最大值，這一點(diǎn)代表了電機(jī)因負(fù)載太大而賭轉(zhuǎn)的情況。圖中虛線表示電機(jī)的功率輸出，它等于電機(jī)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的乘積。輸出功率的最大值位于電機(jī)正常工作范圍的中點(diǎn)，此時(shí)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩都不為零。機(jī)器人傳感器教學(xué)目的：1．學(xué)習(xí)學(xué)生機(jī)器人的“主要器官”。2．能夠了解傳感器的主要功能。3．平等交流，掌握各“器官”的作用。4．能夠建立正確的機(jī)器人整體概念。5．學(xué)會正確對待傳感器的工作方式。6．激發(fā)對學(xué)生機(jī)器人這一信息媒體的學(xué)習(xí)熱情。7．嘗試用人的“器官”概念理解機(jī)器人的“器官”概念。8．為傳感器的學(xué)習(xí)建立合適的實(shí)踐渠道。教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)：1．重點(diǎn)：學(xué)習(xí)學(xué)生機(jī)器人的“主要器官”。2．難點(diǎn)：理解傳感器的功能。教具準(zhǔn)備：多媒體機(jī)房。極域教學(xué)系統(tǒng)。相關(guān)圖片、課件。課時(shí)安排：2 課時(shí)。教學(xué)過程：一、引入新課機(jī)器人也能像人類一樣靈活地動(dòng)作嗎？二、教學(xué)新課 A、認(rèn)識傳感器師：機(jī)器貓非常靈活，它是小主人公的好朋友，請你觀察下它，看看它是怎么樣讓小主人知道它的喜怒哀樂的呢？(播放機(jī)器貓的視頻片斷)(學(xué)生討論)師：請回答下面一組問題：（1）機(jī)器人的“表情”部件有哪些？（2）機(jī)器人的“感覺”部件有哪些？（3）在機(jī)器貓的身上找一找，它們都藏在哪里了呢？傳感器使得機(jī)器人認(rèn)識外部環(huán)境，它們與人的眼睛、鼻子、耳朵和皮膚等器官起著相當(dāng)?shù)淖饔谩鞲衅鲗耐饨绔@取的信息轉(zhuǎn)換成電子信號，傳遞到機(jī)器人的微控制器中。目前，用于學(xué)生機(jī)器人的傳感器主要有光感傳感器、觸碰傳感器、溫度傳感器和聲音傳感器。B、了解傳感器的主要功能 師：機(jī)器貓可以完成很多復(fù)雜的工作，神奇極了，在現(xiàn)實(shí)的學(xué)生機(jī)器人身上，也能有這樣的神奇。不過，它們運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，可不是像我們?nèi)祟愐粯?，用手腳來運(yùn)動(dòng)，而是通過一個(gè)特別重要的器官來實(shí)現(xiàn)的，它就是――傳感器！讓我們一起來看看這個(gè)神奇的器官！知識小問答：（1）傳感器相當(dāng)于人類的什么器官呢？（2）傳感器分為哪幾種類型呢？（3）每種類型的工作動(dòng)力是什么呢？（4）為什么機(jī)器人一定要有傳感器呢？ 學(xué)生分小組討論C、實(shí)物進(jìn)行詳細(xì)的講解。（1）灰度傳感器灰度傳感器主要根據(jù)不同顏色的攀沿面對光的反射程度不同，光電三極管陰值也隨之變化的特點(diǎn)進(jìn)行檢測。應(yīng)用實(shí)例：機(jī)器人沿線行走。（2）測光值“系統(tǒng)設(shè)置”菜單中的“傳感器設(shè)置…”命令，設(shè)置通道1為“灰度傳感器”?！皸l件循環(huán)”控件?！盎叶葌鞲衅鳌笨丶凇皸l件循環(huán)”控件中。設(shè)置屬性為“灰度傳感器（1通道）”?！耙壕э@示”控件，右擊選擇“屬性”，“第一行設(shè)置”的“顯示變量”設(shè)置為“灰度傳感器械（1通道）”?！氨４妗卑粹o，保存程序。（3）下載程序“編譯”按鈕，進(jìn)行程序編譯。，打開學(xué)生機(jī)器人的電源開關(guān)，將學(xué)生機(jī)器人置于復(fù)位狀態(tài)?！俺绦蛳螺d到主控芯片”按鈕，將程序下載到學(xué)生機(jī)器人的主板芯片中。完成后關(guān)閉電源，拔下下載線。（4）啟動(dòng)機(jī)器人。，按下運(yùn)行鍵，學(xué)生機(jī)器人運(yùn)行。D、學(xué)習(xí)知識屋學(xué)生機(jī)器人的“大腦”同許多電阻、電容和半導(dǎo)體等電子元件給成。機(jī)器人的嘴和感覺傳感器就是機(jī)器人與外界通信的“器官”。4．總結(jié)與評價(jià)三、全課小結(jié)四、作業(yè)完成課后的“實(shí)踐園”。填寫課本上的“成果籃。機(jī) 器 人 唱 歌教學(xué)目標(biāo)： 知識與技能；；；。過程與方法；；。情感態(tài)度與價(jià)值觀、解決問題的能力，認(rèn)真思考調(diào)試中出現(xiàn)的現(xiàn)象，根據(jù)現(xiàn)象確定其成因；，讓學(xué)生將所學(xué)知識與生活實(shí)際相結(jié)合；、敢于實(shí)踐、大膽創(chuàng)新的精神和意識 教學(xué)重難點(diǎn)：；；。機(jī)器人唱歌程序的編輯與調(diào)試。教學(xué)過程：一、創(chuàng)設(shè)情景，導(dǎo)入新課二、展現(xiàn)目標(biāo)，引入任務(wù)教師活動(dòng)：機(jī)器人的發(fā)音是通過安裝在機(jī)器人主板上的喇叭發(fā)聲來實(shí)現(xiàn)的。機(jī)器人編程軟件中的音樂模塊，可以讓機(jī)器人實(shí)現(xiàn)演奏音樂等功能，也可以實(shí)現(xiàn)“人機(jī)對話”。本節(jié)課將學(xué)習(xí)機(jī)器人的輸出表現(xiàn)形式——聲音；學(xué)習(xí)機(jī)器人演奏音樂和“永遠(yuǎn)循環(huán)”模塊的使用你想讓機(jī)器人為你唱什么歌曲？通過老師下面的操作，可以輕松地讓機(jī)器人演奏一段美妙的音樂。學(xué)生活動(dòng)：認(rèn)真聽講，跟隨教師的講解演示，提出問題。三、自主學(xué)習(xí)，任務(wù)探究 教師活動(dòng)：，引入音樂模塊（你喜歡唱什么歌曲？想不想讓機(jī)器 人給你唱一唱呢？要想聽機(jī)器人給你唱歌很簡單，學(xué)習(xí)音樂模塊，然后設(shè)計(jì)程序就能實(shí)現(xiàn)了）；，進(jìn)行探究式協(xié)作學(xué)習(xí)。利用網(wǎng)絡(luò)資源及平時(shí)積累，理解音樂模塊中的各種定義（音高、音長、休止符等概念）；：唱歌機(jī)器人的程序設(shè)計(jì)，以《雪絨花》為例。學(xué)生活動(dòng)：（1）結(jié)合教材完成任務(wù)。在練習(xí)過程中，完成快的同學(xué)輔導(dǎo)制作有困難的同學(xué)；（2）試著去完成“各顯神通”中的兩個(gè)問題。教師活動(dòng)：（1）引導(dǎo)和激勵(lì)各組的探索學(xué)習(xí)，讓學(xué)生通過觀察、比較、探究、合作等一系列學(xué)習(xí)活動(dòng)，歸納出制作唱歌機(jī)器人時(shí)遇到的各類問題，記錄到“成長基石”中；（2）引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)“資源視窗”中的內(nèi)容。學(xué)生活動(dòng)：自主學(xué)習(xí)，互相交流，共同探討。四、學(xué)習(xí)評價(jià)、歸納總結(jié)教師活動(dòng)：，學(xué)生進(jìn)行自評和他評；通過歸納總結(jié)，讓學(xué)生進(jìn)一步強(qiáng)化本節(jié)課所學(xué)的知識內(nèi)容；“博弈舞臺”中的任務(wù)；“成長基石”中。學(xué)生活動(dòng)：，自評、他評； “博弈舞臺”中任務(wù)； 機(jī) 器 人 循 光教學(xué)目的：。教具準(zhǔn)備：多媒體機(jī)房。極域教學(xué)系統(tǒng)。相關(guān)圖片、課件。教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)：：學(xué)會編寫機(jī)器人循光運(yùn)動(dòng)的程序。：計(jì)數(shù)循環(huán)控件的設(shè)置，學(xué)會編寫機(jī)器人循光運(yùn)動(dòng)的程序。課時(shí)安排：1課時(shí)。教學(xué)過程：一、導(dǎo)入新課前面我們學(xué)習(xí)了如何使學(xué)生機(jī)器人前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎、唱歌，今天我們看看能不能使機(jī)器人跟光行走和追逐白紙呢？要實(shí)現(xiàn)機(jī)器人跟光行走和追逐白紙，要作用紅外線傳感器。紅外線傳感器的工作原理是由紅外線發(fā)光管發(fā)出紅外線，用接受管檢測是否有反射光，判斷是否有障礙物。二、教學(xué)新課編寫程序。（1）打開“學(xué)生機(jī)器人平臺”窗口，單擊“文件（F）”菜單中的“新建（N）”命令，新建一個(gè)程序。（2）添加“流程控制”模塊中的“條件循環(huán)”控件，并連接“Main”控件。添加“執(zhí)行控件”右擊“執(zhí)行”控件，選擇“屬性”命令，在“IO6”對話 18 框中打√。（3）添加單分支結(jié)構(gòu)語句，打開“流程控制”對話框。選定“單分支”，將“單分支”拖動(dòng)到“IO”設(shè)置后面并設(shè)置。選定“伺服電機(jī)2”，將“轉(zhuǎn)動(dòng)角度”設(shè)定為“100176?！?。（4）學(xué)生討論原理原理其實(shí)和避障差不多。當(dāng)機(jī)器人前方有手電光亮的時(shí)候，直行，沒有光亮就停止。再外面套個(gè)條件循環(huán)就可以實(shí)現(xiàn)了。仍然是讀IO6傳感器，當(dāng)IO6=0說明沒有障礙，即沒有燈光時(shí)，停止；當(dāng)IO6=1說明前方有障礙，即循著光了，便直行。（5）單擊“保存”按鈕，保存文件。下載程序（1）單擊“編譯”按鈕，進(jìn)行程序編譯。（2）用下載線將計(jì)算機(jī)與機(jī)器人主板接口對接，打開學(xué)生機(jī)器人的電源開關(guān)，將學(xué)生機(jī)器人置于復(fù)位狀態(tài)。（3）單擊“程序下載到主控芯片”按鈕，將程序下載到學(xué)生機(jī)器人主板芯片中。完成后關(guān)閉電源，拔下下載線。啟動(dòng)機(jī)器人。（1）打開電源開關(guān)（2）當(dāng)?shù)却龍?zhí)行指示燈閃爍時(shí)，按下運(yùn)行鍵，學(xué)生機(jī)器人開始動(dòng)作。三、全課小結(jié)現(xiàn)在讓我們來欣賞我們的機(jī)器人循光給我們看吧！；思考：如何使得學(xué)生機(jī)器人在更為復(fù)雜的光線中工；四、作業(yè)：完成課本上的“實(shí)踐園”；編寫一段程序，使得學(xué)生機(jī)器人跟光行走；完成課本上的“成果籃”；機(jī) 器 人 沿 線 走教學(xué)目標(biāo)能夠了解沿線走機(jī)器人的概念。能夠掌握沿線走機(jī)器人的測光值的過程。了解沿線走機(jī)器人在運(yùn)行中的重要意義。通過測光值理解沿線走機(jī)器人的工作流程。培養(yǎng)學(xué)生處理加工應(yīng)用信息的能力。課時(shí)安排：1課時(shí) 教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)：:了解機(jī)器人平臺的基本界面 :機(jī)器人平臺的主要工作菜單的使用 教學(xué)方法與手段：任務(wù)驅(qū)動(dòng)法、主題活動(dòng)項(xiàng)目 課前準(zhǔn)備：紫光機(jī)器人平臺軟件、場地若干、機(jī)器人 教學(xué)過程一、復(fù)習(xí)與導(dǎo)入活動(dòng)A、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)(展示《機(jī)器人總動(dòng)員》劇照)師：認(rèn)識他們嗎？今天王老師帶來了一份大禮，要送給獲獎(jiǎng)的機(jī)器人小組，大家準(zhǔn)備好了嗎？條件循環(huán)傳感器設(shè)置：選擇 灰 度傳感器拖灰度傳感器到流程圖：（學(xué)生到場地實(shí)練）給予學(xué)生充分的展示機(jī)會，幫助學(xué)生形成關(guān)于知識的討論，讓學(xué)生能夠了解到同伴的知識背景，鼓勵(lì)理解力較差的學(xué)生在 此基礎(chǔ)上能夠有所提高。二、新授B、繞繞繞展示彎道型場地帶領(lǐng)學(xué)生分析：（1）通過實(shí)際的操作，建立有效的知識連接，讓學(xué)生從 第3頁（共4頁）（2）兩個(gè)場地的區(qū)別（3）如何改進(jìn)程序（4）小組活動(dòng)計(jì)劃完成任務(wù)：繞繞繞（教師巡視輔導(dǎo)）學(xué)生到場地實(shí)踐 解說：（1）優(yōu)點(diǎn)（2）不足之處實(shí)踐層面更好的理解傳感器的工作狀態(tài)。采用分類的形式，幫助學(xué)生梳理知識，再次形成對于知識圖示的二次鞏固。三、鞏固C、查查查展示錯(cuò)誤程序若干各小組領(lǐng)回有問題程序各小組商議修改方案師展示經(jīng)驗(yàn)版：（1）轉(zhuǎn)速問題（2）光線問題（3）傳感器設(shè)置問題（4）行進(jìn)速度問題各小組展示修改后的程序 通過和人的實(shí)證對比，讓學(xué)生感受到傳感器的定義概念。與頒獎(jiǎng)總結(jié)本課學(xué)習(xí)重點(diǎn)，并為獲獎(jiǎng)小組頒獎(jiǎng)。給予學(xué)生充分的展示機(jī)會，幫助學(xué)生形成關(guān)于知識的討論，讓學(xué)生能夠了解到同伴的知識背景，鼓勵(lì)理解力較差的學(xué)生在此基礎(chǔ)上能夠有所提高。機(jī) 器 人 機(jī) 械 手教學(xué)目標(biāo)： 教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)：學(xué)會編寫機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的程序 教學(xué)準(zhǔn)備：課件、例程 教學(xué)過程：一、導(dǎo)入機(jī)器人可以添加新的模塊嗎？二、新授認(rèn)識伺服電機(jī)出示圖片，讓學(xué)生了解伺服電機(jī)。教師講解伺服電機(jī)的分類及作用。機(jī)器人機(jī)械手的搭建 機(jī)械手的主要任務(wù)是什么？ 活動(dòng)分析：教師帶領(lǐng)學(xué)生分析機(jī)器人機(jī)械手運(yùn)動(dòng)流程圖 A、前方無物體，直行；B、前方有物體，停，抓取，前進(jìn)，松開，后退，停止。搭建機(jī)械手：出示圖片，機(jī)械手由哪些部件組成？ 學(xué)生討論并交流。（伺服電機(jī)兩只；兩節(jié)模塊四個(gè)；彎曲九孔兩個(gè)；固定銅片兩個(gè)；螺絲等）編寫程序⑴打開“學(xué)生機(jī)器人平臺”窗口，單擊“文件（F）”菜單中的“新建（N）”命令，新建一個(gè)程序。⑵添加“直流電機(jī)”控件。⑶添加“流程控制”模塊中的“條件循環(huán)”控件。⑷添加“執(zhí)行控件”，選擇I/O。⑸添加“伺服電機(jī)”控件。⑹打開“伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制”對話框。選定“伺服電機(jī)1”，將“轉(zhuǎn)動(dòng)角度”設(shè)為“142176?！?；選定“伺服電機(jī)2”，將“轉(zhuǎn)動(dòng)角度”設(shè)定為“150176。”。⑺加入一組單分支語句，設(shè)置條件為“IO6=1”。⑻停止：選擇“直流電機(jī)”控件，設(shè)置為停止。打開“延時(shí)屬性設(shè)置”對話框，將“延時(shí)時(shí)間”設(shè)為“800（毫秒）”。⑼抓取：選中“執(zhí)行控件”，選擇“伺服電機(jī)”，設(shè)置角度為“30176。”.。⑽前進(jìn)：選中“執(zhí)行控件”，選擇“直流電機(jī)”，設(shè)置為前進(jìn)。⑾放開：選中“執(zhí)行控件”，選擇“伺服電機(jī)”，設(shè)置角度為“150176?！?。⑿加入“延時(shí)控件”：打開“延時(shí)屬性設(shè)置”對話框，將“延時(shí)時(shí)間”設(shè)為“1000（毫秒）”。⒀后退停止：選擇“直流電機(jī)”控件，設(shè)置為停止。打開“延時(shí)屬性設(shè)置”對話框，將“延時(shí)時(shí)間”設(shè)為“1000（毫秒）”。⒁單擊“保存”按鈕，保存文件。⒂下載程序 ：（1）單擊“編譯”按鈕，進(jìn)行程序編譯。（2）用下載線將計(jì)算機(jī)與機(jī)器人主板接口對接，打開學(xué)生機(jī)器人的電源開關(guān)，將學(xué)生機(jī)器人置于復(fù)位狀態(tài)。（3）單擊“程序下載到主控芯片”按鈕，將程序下載到學(xué)生機(jī)器人主板芯片中。完成后關(guān)閉電源，拔下下載線。⒃啟動(dòng)機(jī)器人。（1）打開電源開關(guān)（2）當(dāng)?shù)却龍?zhí)行指示燈閃爍時(shí)，按下運(yùn)行鍵，學(xué)生機(jī)器人開始動(dòng)作。三、小結(jié)這節(jié)課你有