資源簡介

第二課 《避障機器人——感知障礙與行動規劃》 教案
教學時間 教學班級 五年級
課程名稱 避障機器人 課時 1-2課時
教學目標 一、知識與技能 1.理解實現避障的原理。 2.了解實現控制的硬件器材。 3.實現避障的程序代碼。 二、過程與方法 1.通過講授和展示的方式，讓學生了解機器人的工作過程。 2.通過實操，實現避障程序設計，鍛煉學生的動手能力、邏輯思維能力。 三、情感態度與價值觀 1.通過本節課學習，使學生認識知識檢索。
重點 1.理解避障的原理。 2.了解機器人的工作過程。
難點 1.實現避障的程序代碼。
教具 WPS軟件、機器人。
教學方法 教學展示、小組討論、興趣驅動。
教學過程 教師 學生
一、導入（6分鐘） 同學們，歡迎大家來到知識大講堂。 （提問）生活中的避障機器人的應用有很多，請大家以掃地機器人為例，說一說它是怎么工作的呢？ 學生思考并回答問題
知識講解（15—20分鐘） （一）感知障礙物——做出行動規劃 機器人具有感知能力，并能根據感知到的信息做出行動規劃。要實現機器人的某個功能，我們需要思考機器人需要感知哪些信息？感知到信息后，機器人要做什么樣的行動規劃 避障機器人需要具有感知障礙物的能力，能夠通過對障礙物的距離判斷來規劃行走路線。比如在機器人行進過程中，當前方有障礙物擋住前進的道路時，機器人可以轉彎以避開障礙物，再繼續前進。因此，避障機器人的功能可以歸結為自動行走、感知障礙物并顯示與障礙物之間距離、躲避障礙物等基礎功能。 二、知識準備 （小組協作）請同學們進行小組協作，通過上網檢索梳理機器人的工作過程。 機器人工作的過程一般是通過感知系統（輸入）獲取外部信息，然后將這些信息發送給控制系統（控制）進行處理，控制系統通過運算后給出處理方案，將方案結果發送給執行系統（輸出）執行相應的操作，如機器人行走。 機器人的感知系統通常是各種傳感器，這些傳感器就相當于機器人的眼、耳、口、鼻。根據功能的不同進行分類，常見的機器人傳感器有哪些？上網檢索一下。 避障機器人可以使用超聲波傳感器作為感知系統，當感知到前面有障礙物時，會將障礙物與機器人之間的距離數據發送給控制系統，控制系統做出相應處理。在這里超聲波就相當于避障機器人的眼睛。超聲波傳感器是將超聲波信號轉換成其他信號（通常是電信號）的傳感器。超聲波傳感器的工作原理是從發射探頭發射超聲波，超聲波會在空氣中傳播，當遇到障礙物時會將超聲波反彈回來，根據發射和接收的時間差及聲波的傳輸速度，從而計算出超聲波與障礙物之間的距離。 通常情況下，機器人行走有前進、后退、左轉、右轉和停止等情況。以輪式機器人為例，當左、右兩個輪子以同樣的速度往同一個方向轉動時，機器人就前進或后退（由于左、右兩個輪子在機器人上往往是對稱安裝的，所以兩個輪子通常轉向相反，才能實現往同一方向轉動）。當兩個輪子的轉速存在差別時，機器人就會轉彎，即當左輪慢（停），右輪快時，機器人就左轉；當左輪快，右輪慢（停）時，機器人就右轉。當左、右兩個輪子停止轉動時，機器人就停止。 （提問）現在大家自己動手操作一下，怎么實現機器人不同的行進狀態吧？ 三、器材準備 要實現避障機器人的相關功能，同學們會選擇哪些器材呢？分析了機器人的功能之后，根據機器人的功能準備相關器材。如避障機器人感知障礙物用什么感知設備可以實現呢？常見的有超聲波傳感器、雷達傳感器、紅外探測傳感器、攝像頭等。避障機器人的行走功能用到什么設備來實現，需要根據機器人的形態來定，例如輪式機器人可以使用電機來實現行走，像雙足、四足等機器人可以使用舵機等設備來執行行走的功能。
三、實操練習（10—15分鐘） 現在大家已經選好了器材，怎么實現避障機器人的功能，大家小組合作動手做一做吧。 （學生自己做，老師巡查，并且負責解決學生創作過程當中遇到的問題） 學生：小組探究，實踐練習。
四、課堂總結（5分鐘） 老師看了同學們完成的作品，都很棒，看來大家對于今天的知識點都掌握得很好。接下來同學們打開老師發下的評價量表，認真閱讀今天的學習內容，對今天的學習情況做一個簡單的記錄，直接選擇對應選項即可。 （提問）最后，請一位同學總結一下，我們今天這節課，都學習到了哪些知識點呢？ 不錯，大家都學習得很認真，掌握了今天這節課的知識。 這堂課中，我們首先了解了機器人感知信息并做出行動規劃的過程。其次，理解了機器人的工作過程。最后，還了解了機器人常用的傳感器，實現了避障機器人的制作。 今天這節課就到這里了，同學們再見！ 老師加以引導學生，自行總結
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