5.1 机器人的路径规划和运动控制 教学设计-2023-2024学年高中通用技术粤科版（2019）选择性必修2机器人设计与制作

普 通 高 中 教 科 书 《通用技术》选择性必修2 机器人设计与制作 第五章　机器人的控制与制作 第 一 节 机器人的路径规划和运动控制 教学设计 教学背景 党的二十大明确指出，“教育、科技、人才是全面建设社会主义现代化国家的基础性、战略性支撑。必须坚持科技是第一生产力、人才是第一资源、创新是第一动力，深入实施科教兴国战略、人才强国战略、创新驱动发展战略，开辟发展新领域新赛道，不断塑造发展新动能新优势”。 机器人是20世纪人类的伟大发明，今天，它不仅能够代替人类登陆火星和潜入几千米以下的深海，还可以不知疲倦地工作在各种生产线上，并服务于我们的日常生活。 关于机器人，我国科学家认为机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器。国际标准化组织认为工业机器人是一种具有自动控制的操作和移动功能，能完成各种作业的可编程操作机。 教学目标： 知识与技能目标: 1.理解简单的机器人路径规划与运动控制的概念和功能。 2.掌握利用栅格建模法对机器人移动路径进行规划和运动控制。 教学内容分析: 机器人是一种能够按照预先设计程序而自动执行工作的机械装置。当前机器人已经大规模地走进工业生产、军事、政府管理、商业应用等领域，它们可以帮助或代替人类完成不同的工作，在各个方面影响着人类的生活。通过本章的学习，让我们来初步了解和认识机器人吧。 前面我们学习了机器人主要组成部分的基础知识，搭建了机器人，初步体验了控制器和传感器的设计制作。在这一章中，我们将理解机器人路径规划和运动控制的概念和功能，掌握机器人常用路径规划和运动控制的设计方法。通过机器人制作活动，亲历设计和制作、编程和调试的全过程，尝试简单的机器人运动控制和路径规划，使我们对机器人的基本组成及功能有更进一步的掌握。 学情分析: 生活在科技迅猛发展的21世纪，同学们有必要了解一些机器人的知识，因为未来的机器人将对我们的生活和工作产生巨大的影响。 　　自己动手制作机器人是让同学们了解机器人的最好手段。同学们一起进入机器人设计与制作的精彩世界吧。 教学重难点: 理解简单的机器人路径规划与运动控制的概念和功能。 掌握利用栅格建模法对机器人移动路径进行规划和运动控制。 教学策略: 本节课教学主要由教师通过实物和多媒体手段设置学习情境，并加以引导，让学生在过程中发展学生核心素养、培养实践能力、提升创新意识、开阔认知视野；将自主学习、合作学习、探究学习等多种学习方式渗透进学生的学习和教师的教学当中；不断尝试现代教育技术和方法的运用。 教学准备: 展示用的图片、其他技术产品、多媒体课件。 教学过程: 情景倒入: 老师：本节课我们学习《通用技术》选择性必修2第五章机器人的控制与制作第 一 节 机器人的路径规划和运动控制。 情景 酒店中的送餐机器人，从厨房出发，最后把饭菜送到客人的餐桌上。如何为机器人寻找一条连续的最优的路径，又如何让机器人避免与走动的人员或固定的障碍物发生碰撞呢？ 要解决送餐机器人最优的路径和避免与走动的人员或固定的障碍物发生碰撞问题，需要对机器人进行路径规划和运动控制。 1．路径规划 路径规划是机器人设计中的一项重要内容，它是指机器人根据自身任务的需要，按照一定的评价准则（时间最短，距离最短，能耗最少等），寻找一条从起始位置到目标位置的路径。 路径规划的方法多种多样，经过研究人员几十年的研究，已经提出例如栅格建模法、自由空间法、可视图法、人工势场法、模糊逻辑算法、神经网络法、遗传算法等。应用中较为常见的是栅格建模法。 2．运动控制 运动控制主要包括对机器人的位置控制、速度控制 ... ...