資源簡介

中小學(xué)教育資源及組卷應(yīng)用平臺(tái)
信息技術(shù)《循跡小車——馬達(dá)與傳感器應(yīng)用》教學(xué)設(shè)計(jì)
課題 《循跡小車——馬達(dá)與傳感器應(yīng)用》 單元 四單元 學(xué)科 信息技術(shù) 年級(jí) 八年級(jí)
教材分析 《循跡小車——馬達(dá)與傳感器應(yīng)用》這一主題活動(dòng)來自學(xué)生對(duì)馬達(dá)與傳感器結(jié)合應(yīng)用制作“循跡小車”，通過學(xué)習(xí)掌握制作小車的步驟和方法。也認(rèn)識(shí)了各種類的馬達(dá)，學(xué)習(xí)了3D的相關(guān)知識(shí)，這對(duì)于提高學(xué)生知識(shí)有很大幫助，也提高學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力。
學(xué)習(xí)目標(biāo) 1.信息意識(shí)：建立將使用馬達(dá)制作“循跡小車”的方法應(yīng)用到學(xué)習(xí)中的意識(shí)；2.計(jì)算思維：培養(yǎng)使用數(shù)學(xué)方法解決小車沿著軌跡左右運(yùn)動(dòng)的思維方式；3.數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新：認(rèn)識(shí)數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境的優(yōu)勢(shì)和局限，創(chuàng)新學(xué)習(xí)方法和思路；4.信息社會(huì)責(zé)任：在信息社會(huì)學(xué)習(xí)中，不做損害他人道德的事情。
重點(diǎn) 掌握制作“循跡小車”的步驟和方法
難點(diǎn) 對(duì)制作“循跡小車”的思路學(xué)習(xí)，以及最后成品制作
教學(xué)過程
教學(xué)環(huán)節(jié) 教師活動(dòng) 學(xué)生活動(dòng) 設(shè)計(jì)意圖
導(dǎo)入新課 導(dǎo)入：師：同學(xué)們玩過“循跡小車”嗎？說說小車是怎么移動(dòng)的，它的驅(qū)動(dòng)力來自什么？ 學(xué)生思考并回答問題 由問題引出今天的學(xué)習(xí)內(nèi)容
講授新課 學(xué)習(xí)任務(wù)設(shè)計(jì)制作一個(gè)簡易的循跡小車，可以由起點(diǎn)沿著指定路線精確地運(yùn)動(dòng)到目標(biāo)地點(diǎn)。任務(wù)分析為了能夠讓小車精確地由起點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到指定的目標(biāo)地點(diǎn)，簡單的做法是在起點(diǎn)和目標(biāo)地點(diǎn)之間的地面上畫一條黑線，讓小車沿著黑線前進(jìn)。因此，本任務(wù)要解決的第一個(gè)關(guān)鍵問題是控制小車運(yùn)動(dòng)，第二個(gè)關(guān)鍵問題是如何檢測黑線，確保小車沿線移動(dòng)。我們可以制作一個(gè)簡單的小車底盤，然后利用馬達(dá)驅(qū)動(dòng)模塊來控制小車的運(yùn)動(dòng)；而循跡可以利用套件中的循跡傳感器來實(shí)現(xiàn)，確保小車沿黑線前進(jìn)，中途不能離開黑線。拓展延伸 馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器是一種用于控制電動(dòng)機(jī)的電子設(shè)備。它的主要作用是將電源電壓轉(zhuǎn)換為電動(dòng)機(jī)所需的電流和電壓，并控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向。馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器的原理是將直流電源電壓轉(zhuǎn)換為交流電壓，然后通過控制交流電壓的頻率和幅值來控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向。小車在運(yùn)動(dòng)中可能遇到的幾種情況：直線行駛、向左轉(zhuǎn)向、向右轉(zhuǎn)向和停止前進(jìn)。循跡傳感器通過感應(yīng)下方是否有反光來檢測地面上的黑線及白色區(qū)域。這是利用黑色具有較強(qiáng)的吸光能力的原理，即當(dāng)看跡模塊發(fā)射的紅外線照射到黑線時(shí)，紅外線將會(huì)被黑線吸收。簡單來說就是，白色區(qū)域有反光而黑色區(qū)域無反光。 搭建小車底盤時(shí)，有條件的同學(xué)也可以使用3D打印機(jī)或激光切割機(jī)按自己設(shè)計(jì)的圖紙進(jìn)行加工。注意盡可能減少小車底盤自身的重量。操作指南一、器材準(zhǔn)備（1）自己動(dòng)手制作好小車底盤。（2）準(zhǔn)備好控制板、擴(kuò)展板、馬達(dá)及其驅(qū)動(dòng)模塊、循跡傳感器、電源、輪子等，如圖所示。(不能直接從Arduino板引腳連接驅(qū)動(dòng)電機(jī)，因?yàn)檫@樣很可能會(huì)造成控制板損壞，所以我們使用馬達(dá)驅(qū)動(dòng)模塊)二、利用仿真環(huán)境編寫控制程序1.在仿真環(huán)境中選定元器件啟動(dòng)Linkboy軟件，進(jìn)入“專家模式”，選定需使用的元器件，如圖所示。2.元器件連線按程序提示，把元器件引腳連接到可接的端口，如圖所示。3.編寫控制程序（1）單擊控制器仿真圖，在提示窗口中選擇“反復(fù)執(zhí)行”命令，添加“反復(fù)執(zhí)行”程序模塊，如圖所示。（2）設(shè)置馬達(dá)轉(zhuǎn)速。通過前面的分析我們知道，小車的運(yùn)動(dòng)會(huì)有四種可能，如表所示。根據(jù)這四種不同的情況，對(duì)左、右兩個(gè)馬達(dá)進(jìn)行相應(yīng)轉(zhuǎn)速的調(diào)整，使小車能夠按照指定的線路前進(jìn)。控制程序的說明：為了實(shí)現(xiàn)小車沿黑線行駛，并且保持中途不離開黑線，采用兩個(gè)循跡傳感器，面向地面分別布置在小車底部的左、右兩側(cè)。兩個(gè)傳感器之間的距離應(yīng)大于黑線的寬度，確保在小車行駛過程中，兩個(gè)傳感器分別在黑線的左、右兩側(cè)。當(dāng)左、右兩個(gè)循跡傳感器下方都沒有黑線時(shí)，小車沿直線行駛；若左側(cè)循跡傳感器下方出現(xiàn)黑線右側(cè)循跡傳感器下方?jīng)]有黑線時(shí)，需要向左轉(zhuǎn)向，左側(cè)電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)，右側(cè)電機(jī)保持正向旋轉(zhuǎn)；向右轉(zhuǎn)向時(shí)，右側(cè)電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)，左側(cè)電機(jī)保持正向旋轉(zhuǎn)；如果左、右兩個(gè)循跡傳感器下方同時(shí)出現(xiàn)黑線，車停行駛。為保持小車一直沿黑線駛，控制器一遍一遍反復(fù)進(jìn)行循跡工作，所以在控制器“反復(fù)執(zhí)行”事件中添加運(yùn)動(dòng)程序代碼，如圖所示。4.仿真運(yùn)行，調(diào)試程序運(yùn)行編寫好的程序代碼，如圖所示，觀察馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)情況。如果不能滿足需求，則修改程序直至滿足需求。三、元器件的物理連接及底盤搭建1.元器件物理連接按照仿真環(huán)境的設(shè)計(jì)動(dòng)手搭建小車的外觀，并將各個(gè)物理元器件通過杜邦線實(shí)際連接起來，如圖所示。小車想要自由運(yùn)動(dòng)、完成各種任務(wù)，就必須有相當(dāng)于軀干的執(zhí)行機(jī)構(gòu)部件。執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和搭建的基本要求是穩(wěn)定、牢固，這樣才能保證小車能夠安全、定地運(yùn)行。小車的二層支撐板、傳感器支架、舵機(jī)支架是需要我們使用3D打印機(jī)或者激光切割機(jī)加工的，這些部件加工完畢后可開始組裝搭建。2.底盤搭建參考輪式底盤最常見、最簡單的搭建方法是，采用1個(gè)萬向輪和2個(gè)主動(dòng)輪來驅(qū)動(dòng)小車前后移動(dòng)和轉(zhuǎn)向。大家也可以根據(jù)自己設(shè)計(jì)的實(shí)際情況選擇其他方式搭建底盤。（1）底盤是保證小車移動(dòng)和承載其他執(zhí)行機(jī)構(gòu)的基本部件。在底盤左、右兩側(cè)按要求安裝循跡傳感器和主動(dòng)輪。（2）將4支M3*12雙通頭銅柱(孔徑為3毫米、長為12毫米的銅柱）安裝到萬向輪上，如圖所示。（3）利用銅柱的另一端和4顆M3螺絲將萬向輪固定到底盤上，如圖所示。（4）將馬達(dá)支架插入底盤對(duì)應(yīng)的長方形孔位，如圖所示。將馬達(dá)置于支架中間，使用2顆M3*30螺絲(孔徑為3毫米、長為30毫米的螺絲）進(jìn)行固定，如圖所示。另一側(cè)馬達(dá)也按同樣方法安裝固定。（5）安裝控制板和驅(qū)動(dòng)模塊為了給控制板留下足夠的安裝空間，需要安裝一塊二層支撐板。（6）為了方便安裝和拆除，電源借助魔術(shù)貼固定在底盤上。(在測試小車移動(dòng)情況時(shí)將電源接口接通，不測試時(shí)將電源接口斷開)四、下載控制程序到Arduino控制板并測試（1）小車搭建完成并確認(rèn)按圖示正確連接后，通過USB接口連接控制板和計(jì)算機(jī)，下載程序到控制板中。（2）把裝配并調(diào)試好的小車放置在指定的線路上，測試小車的循跡能力，并調(diào)試、修改控制程序，直到滿足任務(wù)要求。任務(wù)小結(jié)通過完成本節(jié)循跡小車的任務(wù)，我們擁有了一臺(tái)屬于，自己的機(jī)器人，初步了解和體驗(yàn)了一個(gè)簡單的機(jī)器人設(shè)計(jì)和制作的方法。機(jī)器人設(shè)計(jì)和制作是一個(gè)綜合多方面知識(shí)和用到多種軟、硬件的復(fù)雜項(xiàng)目。在制作和調(diào)試機(jī)器人時(shí)，需要關(guān)注每一個(gè)部分的技術(shù)細(xì)節(jié)，任何一個(gè)零件或任何一行代碼都會(huì)影響機(jī)器人的正常工作。 本循跡小車范例中使用了二層支撐板。對(duì)于這個(gè)部分，或者說小車外觀，可以多進(jìn)行生活觀察，按照自己的需求或創(chuàng)意來設(shè)計(jì)和制作。支撐板可以手工制作，也可以用3 D打印機(jī)或激光切割機(jī)完成。我們?cè)俅螌W(xué)習(xí)一下使用馬達(dá)制作“循跡小車”的過程和方法。知識(shí)鏈接1.直流馬達(dá)的工作方式直流馬達(dá)是機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中經(jīng)常用到的一種執(zhí)行結(jié)構(gòu)部件。馬達(dá)內(nèi)部由線圈、轉(zhuǎn)子、電刷、永磁鐵、齒輪箱組成。線圈在通電時(shí)產(chǎn)生磁場，與水磁鐵相互作用而帶動(dòng)馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)。直流馬達(dá)有兩個(gè)電極，無正、負(fù)之分。你可以將電源的正、負(fù)極任意地接在馬達(dá)兩極上，接法不同，馬達(dá)轉(zhuǎn)向不同。拓展延伸馬達(dá)的類別：1.液壓馬達(dá)2.高速馬達(dá)3.葉片馬達(dá)4.徑向柱塞馬達(dá)5.軸向柱塞馬達(dá)6.低速液壓馬達(dá)7.擺線馬達(dá)8.活塞式氣動(dòng)馬達(dá)2.馬達(dá)要連接到馬達(dá)驅(qū)動(dòng)模塊，不能直接連接控制板輸入/輸出接口Arduino UNO控制板的數(shù)字輸入/輸出管腳本身具備控制外部電路的功能，如果是低功耗設(shè)備可以直接連接到Arduino UNO的數(shù)字輸入/輸出管腳進(jìn)行控制，但是機(jī)器人所用的馬達(dá)都是高功耗設(shè)備，必須讓Arduino UNO配合一定的驅(qū)動(dòng)電路才能對(duì)其進(jìn)行控制，所以馬達(dá)需連接在馬達(dá)驅(qū)動(dòng)模塊上。3.3D打印的原理3D打印(3DP)是快速成型技術(shù)的一種，它是依據(jù)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的三維數(shù)字模型文件，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料，將復(fù)雜的三維實(shí)體模型分解成設(shè)定厚度的一系列片層，從而變?yōu)楹唵蔚亩S圖形，通過逐層打印加工，以層疊增長方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。4.3D設(shè)計(jì)軟件3D設(shè)計(jì)是數(shù)字化、虛擬化、智能化設(shè)計(jì)平臺(tái)的應(yīng)用基礎(chǔ)，它是建立在平面（二維）設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，使設(shè)計(jì)目標(biāo)更立體化、形象化的一種新設(shè)計(jì)方法。在我們制作的項(xiàng)目中，如果需要一個(gè)外殼封裝電子設(shè)備，我們只要通過3D設(shè)計(jì)軟件(如3D One，如圖所示)繪制，就可以通過3D打印機(jī)制作出這個(gè)外殼。5.激光切割激光具有高亮度、高單色性、高相干性以及方向性好的特點(diǎn)。激光切割一般指激光經(jīng)過聚焦后照射到材料上，使材料溫度急速升高達(dá)到熔化或汽化狀態(tài)，隨著激光與被切割材料的相對(duì)移動(dòng),在被切割材料上形成想要的切縫，從而達(dá)到切割的目的。 作業(yè)布置請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)本節(jié)課的學(xué)習(xí)內(nèi)容。自己動(dòng)手制作一個(gè)“循跡小車”，要求加入自己的創(chuàng)新想法和設(shè)計(jì)，下節(jié)課在班級(jí)上展示并說說你的想法。 學(xué)生初步了解今天的學(xué)習(xí)內(nèi)容學(xué)生了解馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器的含義學(xué)生了解制作的材料和工具學(xué)生掌握制作“循跡小車”的步驟和方法學(xué)生使用元器件進(jìn)行實(shí)操搭建小車學(xué)生掌握“任務(wù)小結(jié)”的學(xué)習(xí)內(nèi)容，對(duì)本節(jié)課的學(xué)習(xí)進(jìn)行一個(gè)概括學(xué)生了解馬達(dá)的類別學(xué)生掌握“知識(shí)鏈接”的學(xué)習(xí)內(nèi)容學(xué)生完成課后作業(yè) 引出今天的學(xué)習(xí)課題拓展延伸學(xué)生知識(shí)鋪墊接下來的實(shí)踐環(huán)節(jié)將制作小車的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行細(xì)分細(xì)化，簡易學(xué)習(xí)內(nèi)容提高學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力增加學(xué)生知識(shí)技能拓展延伸學(xué)生知識(shí)增加學(xué)生知識(shí)技能鞏固所學(xué)知識(shí)
課堂練習(xí) 同學(xué)們說說生活中有哪些設(shè)備或者機(jī)器是使用了3D技術(shù)？ 學(xué)生完成課堂練習(xí) 鞏固所學(xué)知識(shí)
課堂小結(jié) 學(xué)生總結(jié)本節(jié)課的學(xué)習(xí)內(nèi)容 總結(jié)概括本節(jié)課的學(xué)習(xí)內(nèi)容
板書 “循跡小車”制作的方法和步驟馬達(dá)的類別3D技術(shù)學(xué)習(xí)
21世紀(jì)教育網(wǎng) www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁 （共 2 頁）
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《循跡小車——馬達(dá)與傳感器應(yīng)用》
河北大學(xué)版 初中版第二冊(cè)
內(nèi)容總覽
教學(xué)目標(biāo)
01
學(xué)習(xí)任務(wù)
02
任務(wù)分析
03
操作指南
04
任務(wù)小結(jié)
05
知識(shí)鏈接
06
目錄
08
07
課堂練習(xí)
課堂總結(jié)
09
板書設(shè)計(jì)
10
課后作業(yè)
教學(xué)目標(biāo)
1.信息意識(shí)：建立將使用馬達(dá)制作“循跡小車”的方法應(yīng)用到學(xué)習(xí)中的意識(shí)；
2.計(jì)算思維：培養(yǎng)使用數(shù)學(xué)方法解決小車沿著軌跡左右運(yùn)動(dòng)的思維方式；
3.數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新：認(rèn)識(shí)數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境的優(yōu)勢(shì)和局限，創(chuàng)新學(xué)習(xí)方法和思路；
4.信息社會(huì)責(zé)任：在信息社會(huì)學(xué)習(xí)中，不做損害他人道德的事情。
新知導(dǎo)入
同學(xué)們玩過“循跡小車”嗎？說說小車是怎么移動(dòng)的，它的驅(qū)動(dòng)力來自于什么？
新知講解
學(xué)習(xí)任務(wù)
設(shè)計(jì)制作一個(gè)簡易的循跡小車，可以由起點(diǎn)沿著指定路線精確地運(yùn)動(dòng)到目標(biāo)地點(diǎn)。
新知講解
任務(wù)分析
為了能夠讓小車精確地由起點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到指定的目標(biāo)地點(diǎn)，簡單的做法是在起點(diǎn)和目標(biāo)地點(diǎn)之間的地面上畫一條黑線，讓小車沿著黑線前進(jìn)。
新知講解
因此，本任務(wù)要解決的第一個(gè)關(guān)鍵問題是控制小車運(yùn)動(dòng)，第二個(gè)關(guān)鍵問題是如何檢測黑線，確保小車沿線移動(dòng)。
我們可以制作一個(gè)簡單的小車底盤，然后利用馬達(dá)驅(qū)動(dòng)模塊來控制小車的運(yùn)動(dòng)；而循跡可以利用套件中的循跡傳感器來實(shí)現(xiàn)，確保小車沿黑線前進(jìn)，中途不能離開黑線。
新知講解
馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器是一種用于控制電動(dòng)機(jī)的電子設(shè)備。它的主要作用是將電源電壓轉(zhuǎn)換為電動(dòng)機(jī)所需的電流和電壓，并控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向。馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器的原理是將直流電源電壓轉(zhuǎn)換為交流電壓，然后通過控制交流電壓的頻率和幅值來控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向。
拓展延伸
新知講解
小車在運(yùn)動(dòng)中可能遇到的幾種情況：直線行駛、向左轉(zhuǎn)向、向右轉(zhuǎn)向和停止前進(jìn)。循跡傳感器通過感應(yīng)下方是否有反光來檢測地面上的黑線及白色區(qū)域。這是利用黑色具有較強(qiáng)的吸光能力的原理，即當(dāng)看跡模塊發(fā)射的紅外線照射到黑線時(shí)，紅外線將會(huì)被黑線吸收。簡單來說就是，白色區(qū)域有反光而黑色區(qū)域無反光。
搭建小車底盤時(shí)，有條件的同學(xué)也可以使用3D打印機(jī)或激光切割機(jī)按自己設(shè)計(jì)的圖紙進(jìn)行加工。注意盡可能減少小車底盤自身的重量。
新知講解
操作指南
一、器材準(zhǔn)備
（1）自己動(dòng)手制作好小車底盤。
（2）準(zhǔn)備好控制板、擴(kuò)展板、馬達(dá)及其驅(qū)動(dòng)模塊、循跡傳感器、電源、輪子等，如圖所示。(不能直接從Arduino板引腳連接驅(qū)動(dòng)電機(jī)，因?yàn)檫@樣很可能會(huì)造成控制板損壞，所以我們使用馬達(dá)驅(qū)動(dòng)模塊)
新知講解
二、利用仿真環(huán)境編寫控制程序
1.在仿真環(huán)境中選定元器件啟動(dòng)Linkboy軟件，進(jìn)入“專家模式”，選定需使用的元器件，如圖所示。
新知講解
2.元器件連線
按程序提示，把元器件引腳連接到可接的端口，如圖所示。
新知講解
3.編寫控制程序
（1）單擊控制器仿真圖，在提示窗口中選擇“反復(fù)執(zhí)行”命令，添加“反復(fù)執(zhí)行”程序模塊，如圖所示。
新知講解
（2）設(shè)置馬達(dá)轉(zhuǎn)速。
通過前面的分析我們知道，小車的運(yùn)動(dòng)會(huì)有四種可能，如表所示。根據(jù)這四種不同的情況，對(duì)左、右兩個(gè)馬達(dá)進(jìn)行相應(yīng)轉(zhuǎn)速的調(diào)整，使小車能夠按照指定的線路前進(jìn)。
新知講解
直線
左轉(zhuǎn)
右轉(zhuǎn)
停止
新知講解
控制程序的說明：
為了實(shí)現(xiàn)小車沿黑線行駛，并且保持中途不離開黑線，采用兩個(gè)循跡傳感器，面向地面分別布置在小車底部的左、右兩側(cè)。兩個(gè)傳感器之間的距離應(yīng)大于黑線的寬度，確保在小車行駛過程中，兩個(gè)傳感器分別在黑線的左、右兩側(cè)。當(dāng)左、右兩個(gè)循跡傳感器下方都沒有黑線時(shí)，小車沿直線行駛；
新知講解
若左側(cè)循跡傳感器下方出現(xiàn)黑線右側(cè)循跡傳感器下方?jīng)]有黑線時(shí)，需要向左轉(zhuǎn)向，左側(cè)電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)，右側(cè)電機(jī)保持正向旋轉(zhuǎn)；向右轉(zhuǎn)向時(shí)，右側(cè)電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)，左側(cè)電機(jī)保持正向旋轉(zhuǎn)；如果左、右兩個(gè)循跡傳感器下方同時(shí)出現(xiàn)黑線，車停行駛。為保持小車一直沿黑線駛，控制器一遍一遍反復(fù)進(jìn)行循跡工作，所以在控制器“反復(fù)執(zhí)行”事件中添加運(yùn)動(dòng)程序代碼，如圖所示。
新知講解
4.仿真運(yùn)行，調(diào)試程序
運(yùn)行編寫好的程序代碼，如圖所示，觀察馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)情況。如果不能滿足需求，則修改程序直至滿足需求。
新知講解
三、元器件的物理連接及底盤搭建
1.元器件物理連接
按照仿真環(huán)境的設(shè)計(jì)動(dòng)手搭建小車的外觀，并將各個(gè)物理元器件通過杜邦線實(shí)際連接起來，如圖所示。
新知講解
小車想要自由運(yùn)動(dòng)、完成各種任務(wù)，就必須有相當(dāng)于軀干的執(zhí)行機(jī)構(gòu)部件。執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和搭建的基本要求是穩(wěn)定、牢固，這樣才能保證小車能夠安全、定地運(yùn)行。小車的二層支撐板、傳感器支架、舵機(jī)支架是需要我們使用3D打印機(jī)或者激光切割機(jī)加工的，這些部件加工完畢后可開始組裝搭建。
新知講解
2.底盤搭建參考
輪式底盤最常見、最簡單的搭建方法是，采用1個(gè)萬向輪和2個(gè)主動(dòng)輪來驅(qū)動(dòng)小車前后移動(dòng)和轉(zhuǎn)向。大家也可以根據(jù)自己設(shè)計(jì)的實(shí)際情況選擇其他方式搭建底盤。
（1）底盤是保證小車移動(dòng)和承載其他執(zhí)行機(jī)構(gòu)的基本部件。在底盤左、右兩側(cè)按要求安裝循跡傳感器和主動(dòng)輪。
新知講解
（2）將4支M3*12雙通頭銅柱(孔徑為3毫米、長為12毫米的銅柱）安裝到萬向輪上，如圖所示。
（3）利用銅柱的另一端和4顆M3螺絲將萬向輪固定到底盤上，如圖所示。
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（4）將馬達(dá)支架插入底盤對(duì)應(yīng)的長方形孔位，如圖所示。將馬達(dá)置于支架中間，使用2顆M3*30螺絲(孔徑為3毫米、長為30毫米的螺絲）進(jìn)行固定，如圖所示。另一側(cè)馬達(dá)也按同樣方法安裝固定。
新知講解
（5）安裝控制板和驅(qū)動(dòng)模塊
為了給控制板留下足夠的安裝空間，需要安裝一塊二層支撐板。
（6）為了方便安裝和拆除，電源借助魔術(shù)貼固定在底盤上。(在測試小車移動(dòng)情況時(shí)將電源接口接通，不測試時(shí)將電源接口斷開)
新知講解
四、下載控制程序到Arduino控制板并測試
（1）小車搭建完成并確認(rèn)按圖示正確連接后，通過USB接口連接控制板和計(jì)算機(jī)，下載程序到控制板中。
（2）把裝配并調(diào)試好的小車放置在指定的線路上，測試小車的循跡能力，并調(diào)試、修改控制程序，直到滿足任務(wù)要求。
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任務(wù)小結(jié)
通過完成本節(jié)循跡小車的任務(wù)，我們擁有了一臺(tái)屬于自已的機(jī)器人，初步了解和體驗(yàn)了一個(gè)簡單的機(jī)器人設(shè)計(jì)和制作的方法。
機(jī)器人設(shè)計(jì)和制作是一個(gè)綜合多方面知識(shí)和用到多種軟、硬件的復(fù)雜項(xiàng)目。在制作和調(diào)試機(jī)器人時(shí)，需要關(guān)注每一個(gè)部分的技術(shù)細(xì)節(jié)，任何一個(gè)零件或任何一行代碼都會(huì)影響機(jī)器人的正常工作。
本循跡小車范例中使用了二層支撐板。對(duì)于這個(gè)部分，或者說小車外觀，可以多進(jìn)行生活觀察，按照自己的需求或創(chuàng)意來設(shè)計(jì)和制作。支撐板可以手工制作，也可以用3 D打印機(jī)或激光切割機(jī)完成。
新知講解
我們?cè)俅螌W(xué)習(xí)一下使用馬達(dá)制作“循跡小車”的過程和方法。
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知識(shí)鏈接
1.直流馬達(dá)的工作方式
直流馬達(dá)是機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中經(jīng)常用到的一種執(zhí)行結(jié)構(gòu)部件。馬達(dá)內(nèi)部由線圈、轉(zhuǎn)子、電刷、永磁鐵、齒輪箱組成。線圈在通電時(shí)產(chǎn)生磁場，與水磁鐵相互作用而帶動(dòng)馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)。直流馬達(dá)有兩個(gè)電極，無正、負(fù)之分。你可以將電源的正、負(fù)極任意地接在馬達(dá)兩極上，接法不同，馬達(dá)轉(zhuǎn)向不同。
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拓展延伸
馬達(dá)的類別：
1.液壓馬達(dá)
2.高速馬達(dá)
3.葉片馬達(dá)
4.徑向柱塞馬達(dá)
5.軸向柱塞馬達(dá)
6.低速液壓馬達(dá)
7.擺線馬達(dá)
8.活塞式氣動(dòng)馬達(dá)
新知講解
2.馬達(dá)要連接到馬達(dá)驅(qū)動(dòng)模塊，不能直接連接控制板輸入/輸出接口
Arduino UNO控制板的數(shù)字輸入/輸出管腳本身具備控制外部電路的功能，如果是低功耗設(shè)備可以直接連接到Arduino UNO的數(shù)字輸入/輸出管腳進(jìn)行控制，但是機(jī)器人所用的馬達(dá)都是高功耗設(shè)備，必須讓Arduino UNO配合一定的驅(qū)動(dòng)電路才能對(duì)其進(jìn)行控制，所以馬達(dá)需連接在馬達(dá)驅(qū)動(dòng)模塊上。
新知講解
3.3D打印的原理
3D打印(3DP)是快速成型技術(shù)的一種，它是依據(jù)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的三維數(shù)字模型文件，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料，將復(fù)雜的三維實(shí)體模型分解成設(shè)定厚度的一系列片層，從而變?yōu)楹唵蔚亩S圖形，通過逐層打印加工，以層疊增長方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。
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4.3D設(shè)計(jì)軟件
3D設(shè)計(jì)是數(shù)字化、虛擬化、智能化設(shè)計(jì)平臺(tái)的應(yīng)用基礎(chǔ)，它是建立在平面（二維）設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，使設(shè)計(jì)目標(biāo)更立體化、形象化的一種新設(shè)計(jì)方法。在我們制作的項(xiàng)目中，如果需要一個(gè)外殼封裝電子設(shè)備，我們只要通過3D設(shè)計(jì)軟件(如3D One，如圖所示)繪制，就可以通過3D打印機(jī)制作出這個(gè)外殼。
新知講解
5.激光切割
激光具有高亮度、高單色性、高相干性以及方向性好的特點(diǎn)。激光切割一般指激光經(jīng)過聚焦后照射到材料上，使材料溫度急速升高達(dá)到熔化或汽化狀態(tài)，隨著激光與被切割材料的相對(duì)移動(dòng),在被切割材料上形成想要的切縫，從而達(dá)到切割的目的。
課堂練習(xí)
同學(xué)們說說生活中有哪些設(shè)備或者機(jī)器是使用了3D技術(shù)？
課堂總結(jié)
1.認(rèn)識(shí)了各種類的馬達(dá)；
2.馬達(dá)與傳感器的結(jié)合制作“循跡小車”的方法和步驟；
3.了解3D技術(shù)及其應(yīng)用。
板書設(shè)計(jì)
“循跡小車”制作的方法和步驟
馬達(dá)的類別
3D技術(shù)學(xué)習(xí)
作業(yè)布置
請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)本節(jié)課的學(xué)習(xí)內(nèi)容。自己動(dòng)手制作一個(gè)“循跡小車”，要求加入自己的創(chuàng)新想法和設(shè)計(jì)，下節(jié)課在班級(jí)上展示并說說你的想法。
謝謝
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