1.2 安防机器人的方案设计（课件）-九年级信息技术下册同步精品课堂（川教2019版）

中物理 第一单元 认识未来城市中的机器人 川教版（2019） 信息技术（九年级下册） 第2节 安防机器人的方案设计 学易同步精品课堂 1 课堂导入 1 课堂导入 城市安防机器人不间断巡逻在未来城市的道路上，因其具有“定线不定向”的巡逻特点，具有很好的机动性和安全性。 安防机器人是如何按照管理员设定的路线做“定线巡逻”的？又是如何实现“不定向巡逻”的？ 学习目标 1 1.了解安防机器人的工作特点。 2.学会设计中小学教育机器人的一般方法。 3.掌握超声波传感器、红外循迹传感器的工作原理。 2 目录 一、分析项目 二、确定方案 三、技术选型 四、编程环境的搭建 分析项目 一 一、分析项目 分析项目 一 观察右侧动图： 看看机器人小车的巡逻路线，有多少种交叉路口？每一种交叉路口，机器人小车有多少条路线可以选择？ 思考： 如果我们要设计并制作这样一台机器人小车，需要完成哪些任务？ 分析项目 一 根据学生回答归纳： 需要完成以下两项任务：一是选择和使用传感器，循着黑线做“定线”巡逻，以及机器人遇到路口的不同情形时，作出“不定向”选择；二是选择和使用传感器，检测障碍物，并发出警示。 思考： 机器人小车怎样才能实现上述任务？ 确定方案 二 二、确定方案 确定方案 二 1.确定机器人小车的外形及驱动方案 为了实现巡逻功能，我们需要先确定由两个电机作为驱动的四轮机器人小车方案，并通过橡皮筋实现前后轮同步运转，如下图所示： 确定方案 二 2.确定“定线”方案 我们需要在城市安防机器人小车的前端，安装3组红外循迹传感器，作为“眼睛”，通过红外循迹传感器检测场地上的黑色线条，来判断机器人小车是否偏离路线或是否需要转向，方案如下图： 确定方案 二 思考： 当只有中间的红外循迹传感器检测到黑线时，机器人小车保持直线行驶；当只有左边的红外循迹传感器检测到黑线时，机器人小车会怎样行驶？当只有右边的红外循迹传感器检测到黑线时，机器人小车又会怎样行驶？思考后填写下表： 红外循迹传感器检测情况分析表 传感器 检测到 的颜色 机器人 小车状 态 传感器 检测到 的颜色 机器人 小车状 态 传感器 检测到 的颜色 机器人 小车状 态 左 白 保持直行 左 黑 左 白 中 黑 中 白 中 白 右 白 右 白 右 黑 左转 右转 确定方案 二 3.确定“不定向”方案 城市安防机器人小车在循迹运行过程中，会遇到不同的路口，可以利用交叉路口的多向性，随机选择方向，实现“不定向巡逻”。 （1）通过传感器循着黑线行驶。 （2）遇到“ ”形路口时，循着黑线转弯方向转弯行驶。 （3）遇到“T”形路口时，随机选择左转或右转行驶。 （4）遇到“十”形路口时，随机选择直行、左转或右转行驶。 确定方案 二 4.确定遇障碍时的警示方案 （1）路线（黑线）任意位置放置一个16立方厘米的方块作为模拟“障碍物”。 （2）机器人小车通过传感器检测到前方有障碍物时，自动停车。 （3）通过不断闪烁警示“LED大灯”，提示工作人员，直到障碍物被移除。 技术选型 三 三、技术选型 技术选型 三 1.编程工具的选择 Mixly （米思齐）是一款中小学教育机器人常用的图形化编程软件，支持Arduino, MicroPython, Python等编程语言。我们可以通过拼接图形化代码模块的方式来编写程序。起始界面如下图： 图形化程序编写区 系统功能区 代码预览区 消息提示区 图形化程序选择区 图形化程序选择区中包含多类应用模块，拖动到编写区即可完成编程。 技术选型 三 2.控制器的选择 控制器选择中小学教育机器人常用的Arduino UNO开发板（又叫Arduino控制器），上面搭载了包含14个输入/输出数字信号、6个模拟信号输入、电源输入、USB连接等用于开发的端口或接口，如下图所示： 技术选型 三 3.传感器的选择 （1）红外循迹传感器 红外循迹传感器是集红外发射和红外接收于一体的红外传感器，发射出的红外光遇到不同颜色的物体时，会不同程度地被吸收。当低于接收域值时，就输出高电平，反之则输出低电平，其工作原理如下图所示： 技术选型 三 (2)超声波传感器 超声波传感器一般有两个探头，一个是超声波发射端，一个是超声波接收端。其工作原理是利用超声波碰到障碍物会产生显著的反射，形成反射回波，其工作原理如下图所示： 超声波传感器有一个有效范围，可以通过公式s= (340xt)/2计算出与反射面之间的距离。以HC-SR04超声波传感模块为例，其探测距离在2~45 cm之间。 技术选型 三 4.器材清单 机器人小车所需器材清单 类型 名称 数量 作用 控制系统 Arduino UNO开发板 1 作为控制器 L298N电机驱动模块 1 帮助主控制器驱动电机 驱动系统 M型电机 2 通过