第2单元第8课《碰撞运动——碰撞传感器和机器人的避碰行走》教学设计 2023—2024学年清华大学版（2012）初中信息技术九年级下册

《碰撞运动———碰撞传感器和机器人的避碰行走》教学设计 一、教学目标 1. 知识与技能： 掌握碰撞传感器的基本工作原理和连接方式。 学会利用编程控制机器人在检测到碰撞时执行避碰动作。 能够独立设计并实现简单的避碰行走程序。 2. 过程与方法： 通过小组合作，培养学生分析问题、解决问题的能力。 通过实践操作，提高学生的动手能力和编程思维能力。 3. 情感态度与价值观： 激发学生对机器人技术的兴趣。 培养学生勇于创新、积极探索的科学精神。 二、教学重点与难点 重点：理解碰撞传感器的工作原理，掌握避碰行走的编程逻辑。 难点：如何准确地将碰撞传感器的信号转换为控制机器人的行动指令。 三、学情分析 学生已经具备基础的编程和机器人操作能力，但对于传感器和避碰行走的概念尚不熟悉。因此，需要通过直观的教学演示和小组合作，帮助学生快速掌握相关知识。 四、教学准备 1. 硬件：机器人套件（包括碰撞传感器）、计算机、编程软件。 2. 软件：机器人编程软件、教学课件。 五、新课导入 通过展示一个机器人行走过程中遇到障碍物自动避让的视频，激发学生的学习兴趣，并引出本节课的主题———碰撞传感器和机器人的避碰行走。 六、新课讲授 1. 碰撞传感器基础知识 介绍碰撞传感器的工作原理：当传感器受到外力碰撞时，内部电路发生变化，产生信号。 展示碰撞传感器的外观和接口，讲解如何连接到机器人上。 2. 编程实现避碰功能 在今天的文章中，我们将详细演示如何通过编程软件为机器人编写避碰程序。避碰程序是机器人运行过程中至关重要的部分，它可以确保机器人安全地执行任务，避免在执行过程中与其他物体或行人发生碰撞。接下来，我们将讲解程序中的关键代码段，如传感器信号检测、条件判断、行动指令输出等，帮助您更好地理解如何为机器人编写避碰程序。 一、传感器信号检测 避碰程序的第一步是获取周围环境的信息。为此，机器人需要配备各种传感器，如激光雷达、摄像头、超声波传感器等。这些传感器可以检测到机器人周围的物体和行人，为避碰提供数据支持。在编写避碰程序时，我们需要首先了解传感器的原理和数据格式，然后编写相应的代码段来读取传感器数据。 以超声波传感器为例，我们可以通过以下代码段检测距离： ```python import ultrasonic_sensor def get_distance(): distance = ultrasonic_sensor.read_distance() return distance ``` 二、条件判断 在获取到传感器数据后，我们需要根据这些数据进行条件判断。避碰程序的核心是判断机器人与周围物体或行人的距离是否满足安全要求。我们可以通过设置一个安全距离阈值，当检测到的距离小于阈值时，认为存在碰撞风险，机器人需要采取避碰行动。 以下是一个简单的条件判断示例： ```python import numpy as np def is_collision(distance): safe_distance =0.5#设置安全距离阈值 return distance < safe_distance distance = get_distance() if is_collision(distance): #执行避碰行动 pass ``` 三、行动指令输出 当检测到碰撞风险时，机器人需要采取相应的行动以避免碰撞。这可能包括改变速度、改变行驶方向等。在行动指令输出环节，我们需要根据实际情况编写相应的代码。以下是一个简单的示例，演示如何让机器人减速避开障碍物： ```python import robot_control def avoid_collision(): distance = get_distance() if is_collision(distance): robot_control.decrease_speed() avoid_collision() ``` 通过以上三个关键代码段，我们可以为机器人编写一个简单的避碰程序。当然，实际应用中可能还需要考虑其他因素，如机器人运动学模型、路径规划等。本文旨在提供一个避碰程序的基本框架，帮助您了解如何着手编写避碰程序。希望对您有所启发和帮助！ ... ...