清华版（2024）五年级上册 3.2 避障机器人教案

第二课 《避障机器人——感知障碍与行动规划》 教案 教学时间 教学班级 五年级 课程名称 避障机器人 课时 1-2课时 教学目标 一、知识与技能 1.理解实现避障的原理。 2.了解实现控制的硬件器材。 3.实现避障的程序代码。 二、过程与方法 1.通过讲授和展示的方式，让学生了解机器人的工作过程。 2.通过实操，实现避障程序设计，锻炼学生的动手能力、逻辑思维能力。 三、情感态度与价值观 1.通过本节课学习，使学生认识知识检索。 重点 1.理解避障的原理。 2.了解机器人的工作过程。 难点 1.实现避障的程序代码。 教具 WPS软件、机器人。 教学方法 教学展示、小组讨论、兴趣驱动。 教学过程 教师 学生 一、导入（6分钟） 同学们，欢迎大家来到知识大讲堂。 （提问）生活中的避障机器人的应用有很多，请大家以扫地机器人为例，说一说它是怎么工作的呢？ 学生思考并回答问题 2、 知识讲解（15—20分钟） （一）感知障碍物——做出行动规划 机器人具有感知能力，并能根据感知到的信息做出行动规划。要实现机器人的某个功能，我们需要思考机器人需要感知哪些信息？感知到信息后，机器人要做什么样的行动规划 ? 避障机器人需要具有感知障碍物的能力，能够通过对障碍物的距离判断来规划行走路线。比如在机器人行进过程中，当前方有障碍物挡住前进的道路时，机器人可以转弯以避开障碍物，再继续前进。因此，避障机器人的功能可以归结为自动行走、感知障碍物并显示与障碍物之间距离、躲避障碍物等基础功能。 二、知识准备 （小组协作）请同学们进行小组协作，通过上网检索梳理机器人的工作过程。 机器人工作的过程一般是通过感知系统（输入）获取外部信息，然后将这些信息发送给控制系统（控制）进行处理，控制系统通过运算后给出处理方案，将方案结果发送给执行系统（输出）执行相应的操作，如机器人行走。 机器人的感知系统通常是各种传感器，这些传感器就相当于机器人的眼、耳、口、鼻。根据功能的不同进行分类，常见的机器人传感器有哪些？上网检索一下。 避障机器人可以使用超声波传感器作为感知系统，当感知到前面有障碍物时，会将障碍物与机器人之间的距离数据发送给控制系统，控制系统做出相应处理。在这里超声波就相当于避障机器人的眼睛。超声波传感器是将超声波信号转换成其他信号（通常是电信号）的传感器。超声波传感器的工作原理是从发射探头发射超声波，超声波会在空气中传播，当遇到障碍物时会将超声波反弹回来，根据发射和接收的时间差及声波的传输速度，从而计算出超声波与障碍物之间的距离。 通常情况下，机器人行走有前进、后退、左转、右转和停止等情况。以轮式机器人为例，当左、右两个轮子以同样的速度往同一个方向转动时，机器人就前进或后退（由于左、右两个轮子在机器人上往往是对称安装的，所以两个轮子通常转向相反，才能实现往同一方向转动）。当两个轮子的转速存在差别时，机器人就会转弯，即当左轮慢（停），右轮快时，机器人就左转；当左轮快，右轮慢（停）时，机器人就右转。当左、右两个轮子停止转动时，机器人就停止。 （提问）现在大家自己动手操作一下，怎么实现机器人不同的行进状态吧？ 三、器材准备 要实现避障机器人的相关功能，同学们会选择哪些器材呢？分析了机器人的功能之后，根据机器人的功能准备相关器材。如避障机器人感知障碍物用什么感知设备可以实现呢？常见的有超声波传感器、雷达传感器、红外探测传感器、摄像头等。避障机器人的行走功能用到什么设备来实现，需要根据机器人的形态来定，例如轮式机器人可以使用电机来实现行走，像双足、四足等机器人可以使用舵机等设备来执行行走的功能。 三、实操练习（10—15分钟） 现在大家已经选好了器材，怎么实现避障机器人的功能，大家小组合作动手做一做吧。 （学生自己做，老师巡查，并且负责解决学生创作过程当中遇到的问题） 学生：小组探究，实践练习。 四、课堂总结（5分钟） 老师看了同学们完成的作品，都很棒，看来大家对于今天的知识点都掌握得很好。接下来同学们打开老师发下的评价量表，认真阅读今天的学习内容，对今天的学习情况做一个简单的记录，直接选择对应选项即可。 （提问）最后，请一位同学总结一下，我们今天这节课，都学习到了哪些知识点呢？ 不错，大家都学习得很认真，掌握了今天这节课的知识。 这堂课中，我们首先了解了机器人感知信息并做出行动规划的过程。其次，理解了机器人的工作过程。最后，还了解了机器人常用的传感器，实现了避障机器人的制作。 今天这节课就到这里了，同学们再见！ 老师加以引导学生，自行总结 教学 反思 学科网（北京）股份有限公司 $$