資源簡介

第三課 《避障功能的調試——強化感知并優化算法》 教案
教學時間 教學班級 五年級
課程名稱 避障功能的調試 課時 1-2課時
教學目標 一、知識與技能 1.了解如何增強環境感知的方法。 2.掌握如何探究機器人避障的最佳距離。 3.學會從多方面進行優化。 二、過程與方法 1.通過講授和展示的方式，讓學生了解強化感知的方式。 2.通過實操，實現優化算法，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，使學生認識到需要在真實的情境中對作品各模塊的性能進行調試，通過反饋結果不斷進行優化，這樣才能呈現一個好的作品，。
重點 1.了解強化感知的方法。 2.實現在避障機器人前方增加紅外傳感器對應的程序設計。
難點 1.算法的優化。
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）在上課之前，老師首先請兩個小組的同學分享他們制作項目作品時遇到的問題，以及解決的方法。 學生思考并回答問題
知識講解（15—20分鐘） （一）輸入——環境感知不足 大多數同學都遇到了，在實際場景中使用傳感器感知環境時會發現，有時傳感器并不能很好地檢測到障礙物，比如障礙物的位置、形態、大小不能確定時，靠單一的傳感器檢測往往不能得到較為確切的障礙物信息。 又該怎么做呢？小組討論一下。 在真正應用的過程中 , 需要多種傳感器相結合 , 然后對不同傳感器采集到的數據進行交叉反饋 , 以及信息融合 , 從而保證機器人能夠穩定可靠的工作。避障使用的傳感器多種多樣，各有不同的原理和特點，目前常見的主要有視覺傳感器、激光傳感器、紅外傳感器、超聲波傳感器等。以超聲波避障機器人檢測不到類似于桌腿的復雜輪廓為例，可以嘗試增加紅外探測傳感器來解決這個問題。 想要讓機器人對環境的感知更加準確，可以增加傳感器來對信息進行驗證或增加冗余。例如給避障機器人增加紅外探測傳感器，置于前方時，可以增大檢測前方障礙物的范圍；置于左、右兩側時，可以獲得前方、左方、右方的環境信息，對移動環境有一個較為綜合的判斷。 （小組協作）小組討論一下如何設計相應的程序，并動手做一做。 （小組協作）然后，將避障機器人至于真實的環境中進行測試，發現機器人在感知環境障礙物時還存在哪些問題？想一想：怎么做才能讓機器人輸入的信息更加準確。 （二）控制與輸出——算法的優化 除了要測試機器人的傳感器對障礙物的感知是否準確之外，數據還要經過機器人主控板中的算法程序進行邏輯判斷，從而決定機器人的動作，所以對于機器人能否有一個優秀的性能，算法的優化也至關重要。 下面繼續小組合作，完成實驗活動，探究機器人避障的最佳距離。 在避障機器人的應用中，除了要調整合適的避障距離來觸發機器人執行動作之外，在實際應用場景中，控制機器人轉向時會也發現以下問題：機器人旋轉時轉速太快，以至于不能很順利地找到無障礙物的道路；機器人只是單向旋轉很難找到合適的通行道路；在障礙物較為集中的區域，機器人會卡死等。這個問題又該如何解決呢？ 小組協作探究
三、實操練習（10—15分鐘） 把你們討論出來的方法都測試一下，比較各自的特點。 （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：跟著老師的講解一步步練習。
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，我們首先了解了強化機器人感知的方法，并且以在避障機器人前方增加紅外傳感器為例，實現了對應的程序設計。最后，還探究機器人避障的最佳距離，嘗試了不同的算法優化。 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
教學 反思

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