《虚拟机器人》校本课程活动教案

1/12《虚拟机器人》校本课程活动教案活动内容：一、初识虚拟机器人活动地点：机房1课时：2活动准备:网络教室、范例活动目标：1、通过观看相关视频，了解虚拟机器人的原理。2、完成账号的注册和登陆。3、初步掌握萝卜圈虚拟仿真软件平台的基本功能及使用方法。活动过程课时：2课时一、欣赏仿真机器人同学们应该对机器人都有所了解了，那么虚拟机器人又是怎么一回事情呢？因特网上有许多关于虚拟仿真机器人的视频，请大家来欣赏一下。（一）、打开百度搜索，在视频页面中输入“虚拟仿真机器人”，搜索机器人视频。（二）、挑选自己喜欢的视频进行观看。（三）、了解虚拟机器人和实体机器人的异同点。二、认识仿真平台通过视频的赏析，同学们应该清楚了，虚拟机器人其实就是使用电脑客户端通过网络连接到仿真平台，在虚拟3D环境下模拟出来的机器人，其本质和实体机器人无异，机器人的搭建、程序的设计、各类场景任务的完成都可以在虚拟环境下进行。我们今天开始要接触的是“IRobotQ3D”虚拟机器人，它是由杭州萝卜圈公司研发的一款虚拟仿真机器人平台，我们利用它进行机器人的各种学习，首先就让我们来认识一下这个平台。(一)、注册成为会员1、在桌面上双击“IRobotQ3D”快捷方式，启动“萝卜圈三维机器人在线仿真平台”，在登录窗口中单击“注册”，在浏览器中显示注册网页。2、如实并负责地填写个人信息，单击“立即注册”成为会员。提醒同学们，账号的密码应设置成自己容易记忆的字母、数字或特殊符号的组合。为了账号的安全，设定的密码的位数应长一些，一般至少在6位以上，如：zhang3###。3、登陆仿真平台完成注册后，请同学们在登陆界面输入刚才注册的用户名和密码，登陆萝卜圈虚拟机器人平台。三、练一练我们很多的仿真任务都是在本地模式中完成的，接下来请大家点击左上方的“本地模式”，进入到本地模式界面，让我们一起来了解一下界面中各个板块的功能。小组合作交流，汇报探索结果，教师补充。四、小结通过这次学习，同学们已经基本了解了虚拟机器人的原理并熟悉了虚拟机器人软件平台的使用方法，下节课我们就可以开始搭建属于自己的机器人啦，大家千万不要忘记这节课注册的账号和密码哦。活动内容：二、搭建机器人活动地点：机房1课时：1活动准备:网络教室、范例活动目标：1、熟悉机器人搭建界面的各个功能。2、掌握视角切换的方法。2/123、会使用模板来提高搭建速度。4、发挥想象力构思设计机器人。活动过程课时：1课时展示范例机器人激发学生搭建兴趣。师：同学们，上节课我们初步了解了虚拟机器人的平台，这节课，我们来试试搭建属于我们自己的第一个机器人。一、进入操作界面首先请大家陆平台，然后点击“搭建机器人”选项，进入机器人搭建操作界面。老师先来带着大家了解一下这一界面的基本功能划分。模型面板：包含机器人所有模型，有控制器、驱动、安装块、传感器和其它5大类。模型列表：列出各个模型分类中所有模型。模板列表：用户创建的模板，模板可保存经常使用的模型组合。菜单工具栏：有文件、功能和操作3个菜单，菜单下有相应的工具栏命令。属性面板：在属性面板中设置直流电机、伺服电机、传感器的属性。机器人信息：查看机器人零部件的数量，机器人的重量、尺寸等信息。机器人编辑区：用于构建机器人的操作区，完成机器人零部件的安装等操作。视角控制面板：调整查看编辑区的视角，完成视角旋转、缩放、移动等操作二、探索尝试通过老师的介绍后，大家应该对这些功能区有所了解了。现在请同学们动动脑，动动手，从模型面板中选择自己喜欢的模型，放到机器人编辑区，注意视角的控制和安装点的点选，看谁能组装出属于自己的第一台机器人！三、问题解决（一）、机器人搭建首先需要选择好控制器，这是机器人的主体，没有控制器，其他的零件是无法起作用的。（二）、控制器安放是有方向的，编辑区蓝色坐标轴的方向为机器人前方，学生容易出现错误。（三）、在旋转3D视角时，切忌用鼠标左键进行拖动，这会改变机器人零件的实际位置。而应该使用视角控制按钮或者鼠标的右键和滚轮来进行视角切换。（四）、轮子是和电机安装在一起，电机再和控制器连接起来，而不是直接把轮子安装到控制器上。教师在巡视指导过程中，发现问题，适时引导讲解。四、拓展延伸其实在机器人搭建的过程中，我们还可以使用一些小技巧来提高搭建的效率。教授“模板”的使用方法，把一些多次使用的零件组合创建为模板，可以直接拖出来重复使用。五、秀一秀通过电子教室“学生演示”的功能，请同学们来展示一下自己的个性机器人，大家来评评谁最有想象力和创造力。学生点评，教师总结。活动内容：三、机器人直行任务活动地点：机房1课时：2活动准备:网络教室、范例活动目标：1、掌握机器人搭建后电机的命名和端口设置；2、掌握简单直行程序的编写3/123、学会场景任务的仿真调试。活动过程一、观看机器人直行效果通过观看范例，大家已经明确了我们要完成的任务，就是让机器人从起点出发经过拱门到达终点。二、搭建任务相应的机器人（一）讨论机器人搭建设想针对这样一个直行任务，我们需要搭建一个相应的机器人，那么大家觉得什么样的机器人比较适合这个场景呢，既简单又能快速完成任务？学生小组讨论，汇报结果，形成共识，搭建一辆四轮汽车比较合适。（二）尝试搭建根据讨论结果，学生尝试搭建一辆四轮汽车。选择合适的控制器、电机、轮子进行搭建。（三）问题解决学生可能会出现的问题：1、直接将轮子连接到控制器上的现象，要让他们明白轮子是靠电机进行驱动的，一定要把轮子和电机先进行连接，然后再安装到控制器上。2、在对电机进行命名的时候会出现混乱的现象，导致后期编程的麻烦对学生进行规范，按照从左往右，从前往后的顺序对四个电机进行命名。二、初识程序设计那么如何才能让机器人往前走呢？这就需要我们编写程序来控制机器人了。请大家进入“编写程序”界面，我们一起来学习一下如何进行虚拟机器人的程序设计。新授虚拟机器人模块化编程的基本使用方法。三、探索尝试初步了解程序设计的基本方法后，我们来尝试编写一个最简单的机器人直行前进的程序。学生进行探索尝试。教师巡视。这里会出现一个问题，就是程序编写界面中，学生在设置四个电机速度的时候会发现列表中没有电机可选择，引出端口设置。四、机器人端口设置同学们在编写程序的时候发现电机列表中没有电机可选，也就无法进行速度的设置了，这是什么原因呢？（老师讲授机器人端口设置和程序编写的关系）。讲授完毕，请学生返回到机器人搭建界面来完成四个电机的端口设置。进而完成机器人直行前进的程序编写。五、仿真调试有了机器人和相应的程序，接下来我们就可以去前进任务场景中进行仿真了。请大家跟着老师一起进入到精彩的虚拟仿真世界吧。（教授场景仿真的方法）学生在前进任务的仿真过程中会出现一个问题，就是明明设置了四个电机一样的速度前进，结果机器人一直在原地打转。教师通过在机器人搭建界面中的实际演示，让学生明白左右两侧的电机是对称安装的，其旋转方向就会刚好相反，因此为了让机器人能够直行前进，应该把左侧电机进行反转设置。问题解决，学生继续操作，完成场景任务，并通过不断地调试提高仿真成绩。六、展示、小结通过电子教室软件进行作品展示，学生点评，教师补充小结。活动内容：四、机器人向左走任务活动地点：机房1活动准备:网络教室、范例4/12活动目标：1、初步掌握程序流程分析。2、掌握延时模块的使用方法。3、会对不同速度进行延时匹配。活动过程课时：1课时一、观看机器人向左走任务视频通过视频的观看，大家可以明确我们要完成的任务，就是让机器人从起点出发经过拱门后左转再直行经过终点。二、搭建任务相应的机器人小组交流讨论，这一任务的机器人应该如何搭建，汇报。得出结论，这一任务在本质上其实和前一章的机器人直行任务是一样的，只是在经过拱门后多了左转的动作，因此我们不需要重新搭建新的机器人，可以直接使用直行任务中搭建的机器人。二、程序设计那么如何才能让机器人经过拱门后进行左转呢？小组交流讨论、汇报。教师补充：要进行左转的前提就是左侧轮子速度要慢于右侧轮子速度，且两侧速度相差越多，左转的幅度也就越大。因此为了让车子快速完成左转，可以让左侧轮子反转，右侧轮子正转。三、探索尝试初步了解程序设计的基本方法后，我们来尝试在原有直行程序基础上添加做左转程序，完成任务。学生进行探索尝试。教师巡视。五、问题解决学生在尝试的过程中可能出现的问题：（一）车子过拱门后什么时候开始左转，这个时间点很多学生掌握不好。这里要引入一个延时模块，进行时间的设置，并进行多次调试（二）同样的左转需要花多少时间，不同速度要搭配不同的时间，还要考虑到物理引擎中的惯性问题。让学生明白，速度越快，所需时间也越少，要根据自己设置的速度进行调试。问题解决，学生继续操作，完成场景任务，并通过不断地调试提高仿真成绩。六、展示、小结通过电子教室软件进行作品展示，学生点评，教师补充小结。活动内容：五、传感器---机器人的“感觉器官”活动地点：机房1活动准备:网络教室、范例活动目标：1、了解各类传感器的功能与用途2、明确传感器的工作原理及其检测到数据的意义。活动课时：2课时同学们，我们通过这段时间的学习，已经可以让自己的机器人动起来了，不过，现在的机器人都是我们来控制它运动的。为了让我们的机器人更加智能，我们今天就要来给机器人安装上“感觉器官”，也就是传感器。一、什么是传感器5/12过程传感器是机器人的“感觉器官”，是一种电子元件或装置，能响应或感知被测量的物理量或化学量，并按一定规律转换成电信号，以供机器人核心识别。它就像人的眼睛、耳朵、鼻子一样，能够感应到周围环境的信息，并把这些信息传递给机器人的“大脑”。有了传感器，机器人就变得更加聪明了。一般包括以下几种类型：1.距离传感器2.障碍传感器3.灰度传感器……教师结合视频演示，简单介绍几种常见的传感器的功能。二、探索尝试传感器可以在仿真场景中检测到各种相应的数据。请同学们来尝试安装几个不同类型的传感器，并结合前两节课的内容，选择一个场景来进行仿真测试，观察传感器返回的数据。别忘了和身边的伙伴交流探讨哦，团队合作才能更好地完成任务！（学生在安装传感器的时候可能又会忘记端口设置，教师根据实际情况进行引导解决。）同时，传感器的安装是有方向要求的，需要学生明确所安装的传感器是用来检测什么的，以及检测的方向是什么。三、虚拟机器人传感器数据的意义结合学生场景仿真中各类传感器检测返回的数据，教师可以简单介绍一下虚拟机器人中各类传感器的设置以及返回数据的意义。1、距离传感器：用于检测传感器前方与物体之间的距离，返回值为0~3000的整型数值。距离传感器最大检测距离为3000，超出其检测范围时返回3000。2、障碍传感器：用于判断在指定的检测距离内有无障碍物，检测到障碍时返回1，没检测到障碍时返回0。障碍传感器默认的检测距离为500，最大检测距离为500，最小检测距离为1。3、灰度传感器：将检测到的各种颜色转换为灰度值，使用0~255的数值表示，其检测距离固定为5。转换方式按照计算机图像学公式进行转换，纯白色的灰度值为255，纯黑色的灰度值为0。……四、说一说通过老师的介绍，请学生来说一说自己的机器人在场景中通过各个传感器检测到了什么数据，分别代表什么意义。活动反思本课内容的学习对学生要求稍高，因此三年级段相对掌握有困难，四年级段学生之间差距也比较大，教师可以多设置几个简单的应用任务，让学生在运用的过程中发现问题，收获知识。活动内容：六、机器人循迹踢球活动地点：机房1活动准备:网络教室、范例活动目标：1、学会如何根据任务选择传感器，并进行针对性安装。2、运用逻辑思维来分析任务。3、掌握判断模块的使用方法。课时：1课时一、观看范例，明确任务6/12活动过程学生观看范例视频，分组讨论明确循迹踢球任务。让车子从起点出发沿着一条s形黑色路线到达终点并碰到足球为完成任务。那么我们如何让沿着黑线前进呢？小组讨论得出结果，需要使用灰度传感器。二、搭建机器人我们可以在原有车子的基础上进行加装灰度传感器。基本思路：在车头左右各安装一个灰度传感器，根据路面的灰度值不同进行检测，然后控制电机转速实现循迹转弯……三、程序设计请大家来根据搭建的车子以