避障机器人的设计

教学内容 5.自动避障机器人 课型 新授课

教 学

要 求 1、 了解红外避障传感器的组成；

2、 会应用红外避障传感器；

3、 会用“永久循环”模块编写程序；

4、 会用“条件判断”模块编写程序；

5、 会在仿真环境中设置障碍物。

教学分析 重点 会应用红外避障传感器。

难点 会用“永久循环”模块、“条件判断”模块编写程序。

关键 会用“永久循环”模块、“条件判断”模块编写程序。

教具 课件

教时 1课时

教

学

过

程 一、 视频导入

1、播放一段机器人的视频。

2、师：大家看！这个机器人能机灵地避开各种障碍物，安全地穿越迷魂阵呢。大家猜猜它是怎么做的？只要给机器人装上“眼睛”——红外避障传感器，机器人检测到障碍物的时候，就可以想办法躲避开了。这节课，我们将一起设计一款自动避障机器人吧。

3、板书课题：自动避障机器人。

二、认识红外避障传感器

1、初步认识：红外避障传感器相当于机器人的“眼睛”，它是由一个红外线发射管和一个红外线接收管组成的。它的主要功能室检测红外线发射管的前方是否有物体存在。

2、工作原理：当红外线发射管发射出去的红外光遇到物体时会发射给接收管，接收管就会把这个信息传输给机器人的微电脑（图5-2）。

三、编写避障机器人程序

1、初试编程，引入新知主程序—画笔—红外避障传感器———结束，编程至此，学生会发现问题。

2、自学书本，寻找解决方法。

3、交流探讨： ?“永久循环”模块，让机器人不停地通过红外避障传感器检测前方是否有障碍物。（对比上一节课的“多次循环”模块）。

?“条件判断”模块，在红外避障传感器检测到前方是否有障碍物以后，做出不同的操作。

4、学生自主编程。

四、模拟仿真机器人寻光

1、固定光源，将机器人放置在光源外内。

2、两个大小不同的光源。

3、移动光源，机器人是如何运动的？

五、课堂小结

教学反思 本节课，我以初试编程的方式引发学生的质疑，带着疑问进行学习，让学生自学课本，从课本中认识到“永久循环”、“条件判断”等模块，并引导学生了解使用这些模块的原因及其作用，逐步教学生程序设计的思想和步骤。

开放性实验报告

——避障机器人设计

系 别：智能科学与技术

* *****

姚武浩

姜飞鹏

郑光旭

指导老师：袁立行、王曙光、亢红波

时 间：2011.9.16——2012.4.28 巡线避障机器人的设计与制作

目 录

1 系统功能介绍 .................................................................................. 1

2 设计任务与要求 .............................................................................. 1

3 系统硬件设计 .................................................................................. 1

3.1系统总体设计框图 .................................................................. 1

3.2寻线模块(ST188) ..................................................................... 2

3.3电机控制模块 .......................................................................... 3

3.4单片机最小模块 ...................................................................... 4

3.5数码管显示模块 ...................................................................... 6

机器人避障等技术的研究与应用

随着科技的不断发展，机器人的应用越来越广泛，不仅仅只是在工业生产中发挥着重要的作用，还在日常生活中活跃着身影。在机器人研究的过程中，避障技术是其中一个重要的研究方向，本文将就机器人避障等技术的研究与应用进行讨论。

一、机器人避障技术综述

机器人避障技术的本质是将机器人对外部环境进行感知，判断并做出相应的反应。一些传感技术的出现为机器人避障技术的发展奠定了坚实的基础。目前最常用的传感技术主要包括：激光雷达、超声波、红外线，视觉传感等。这些传感技术的应用大大拓展了机器人的工作范围，也提高了机器人的智能化程度。

二、机器人避障技术的发展现状

根据目前机器人避障技术的发展情况，主要可以分成以下几个方向：

1、基于路径规划的避障技术

基于路径规划的避障技术主要依靠机器人预先规划好的路径，通过路径规划算法进行避障。其优点在于处理速度快，但是需要消耗较大的计算资源，让机器人能力衰减缓慢。

2、基于循迹的避障技术

基于循迹的避障技术主要在于依靠机器人的“记忆”能力，在机器人移动过程中通过记录路径上的形状信息和边界参数等来识别障碍物的形状并进行避障。它的优点在于使用方便，快速灵活，能够发挥出机器人的快速移动优势。

3、基于深度学习的避障技术 深度学习在避障技术中的应用更注重机器人对周围环境的自我感知和判断。基于深度学习的避障技术，通过机器人大量的数据学习和处理，可以让机器人不断地改进自己的技能。但是，它的优点也在于处理速度比较缓慢，需要更多计算和时间。

三、机器人避障技术的应用

机器人避障技术的应用存在于很多领域中，如：智能餐厅、医疗、保洁、安防、军事等。随着人们对智能化的追求，机器人避障技术的应用将会越来越广泛。

1、智能餐厅

未来的智能餐厅将逐渐摆脱人工服务，机器人将逐步取代人来完成餐厅的服务工作，而机器人避障技术的应用也是必不可少的。通过机器人的自我感知和判断，它可以在狭窄的餐桌空间中游走，完成服务任务，增强餐厅的智能化水平。

《乐高机器人设计及制作》教学设计

第 1 页 共 5 页 《避障机器人》教学设计

郑州四中 贺红波

【学情分析】

学生在此之前已经认识了各种传感器，并且具备了基本的编程能力，这是本节课学习的基础；另外学生对学习机器人设计所具有的饱满热情，将是本节课顺利实现的保证。

【学习目标】

1.能够识别超声波传感器，并能说出其工作原理。

2.能够利用NXT2.0的超声波编程模块实现距离测控。

3.能够结合循环结构和分支结构编程控制机器人对不同的距离做出不同的动作。

4.体会程序设计的过程，增强机器人的学习兴趣。

【学习重点】

1.超声波传感器的工作原理。

2.超声波传编程模块的应用。

【学习难点】

1.利用分支结构编程控制机器人的不同动作。

2.利用循环结构实现机器人的持续控制。

【学习素材】

LEGO MINDSTORMS Education NXT Robot Educator 14.检测距离

【教学策略】

任务驱动 分组合作 评价激励

【学习过程】

一、新课引入

上节课我们学习了控制机器人直线行进的编程设计，但是大多数同学的机器人都是一直不停的向前走，结果：撞上了前方的障碍！ 《乐高机器人设计及制作》教学设计

第 2 页 共 5 页 请思考：怎样让机器人能够检测到前方的障碍，然后停止前进呢？

这就是本节课我们要完成的任务——避障机器人的设计。

二、新课学习

1.超声波传感器（如下图示）：

工作原理：

超声波传感器向正前方发射扇形的超声波，超声波遇到障碍时返回传感器，并依据返回的超声波判断距离障碍的距离。

2.超声波控制模块（如下图示）：

三、试一试：

请每四位同学结合成一个活动小组，其中两人合作按照基础小车搭建图，制作简易机器人；另外两人合作完成编程设计，要求：机器人距离障碍物20厘米时停止前进。

参考程序： 《乐高机器人设计及制作》教学设计

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四、练一练：

思考：如果要求机器人能够根据不同的障碍物距离做出不同的动作，我们该如何设计程序呢？