(
课件网) 第3课 避障功能的调试—强化感知并优化算法 （清华大学版）五年级 上 1 核心素养目标 3 新知讲解 5 拓展延伸 7 板书设计 2 新知导入 4 课堂练习 6 课堂总结 课后作业 8 01 核心素养目标 信息意识 计算思维 数字化学习与创新 信息社会责任 理解先进技术（如机器人避障）的普及对社会的潜在影响，包括对就业、生活质量和安全的影响。 学习如何运用数学方法优化算法和路径规划，鼓励尝试不同的算法与模型创新，探索多种解决方案以应对实际问题。 理解算法在解决避障问题中的重要性，能够设计和调整算法以提升机器人的智能响应能力。 了解传感器数据的来源及其重要性，学习如何收集、分析和处理环境感知数据。 02 新知导入 一个好的作品经过精雕细琢后,才会呈现它的价值与作用。制作项目作品的过程也是一样的,初步搭建好机器人的原型并不意味着作品完成了,我们还要在真实的情境中对作品“输入一控制一输出”各模块的性能进行调试,通过反馈结果不断进行优化,这样才能呈现一个好的作品,将之分拿到社区中才能更好地传承开源精神。 02 新知导入 需要对作品进行测试与优化。 02 新知导入 思考 机器人的避障功能在不同的环境下会有什么样的反馈效果呢 在我看来，计算机计算机依靠传感器来接收外界的信息。就像我们的眼睛和耳朵一样，传感器可以感知光、声音、温度、压力等各种物理量，并将这些信息转化为电信号。例如，摄像头就是一种图像传感器，它可以将外界的图像转化为数字信号，让计算机能够处理和分析。编码就像是一个神秘的密码世界。它虽然看不见摸不着，却在计算机的世界里起着非常重要的作用。 室内环境：家具布局复杂：如果家具排列密集，机器人可能会频繁检测到障碍物，导致导航缓慢或频繁改变方向。 室外环境：开放空间：在无障碍物的开阔地区，避障功能可以顺畅运行，导航效率较高。 动态环境：移动障碍物：如行人、动物等，避障系统需要实时更新信息并迅速作出反应，这要求算法具备较高的智能和灵活性。 02 新知导入 03 新知讲解 一、输入———环境感知不足 对于机器人的避障功能来说，感知环境中的障碍物是它的第一步，在未知或者部分未知的环境下，避障需要通过传感器获取周围环境信息。但在实际场景中使用传感器感知环境时会发现，有时传感器并不能很好地检测到障碍物，比如障碍物的位置、形态、大小不能确定时，靠单一的传感器检测往往不能得到较为确切的障碍物信息，如图3.3.1所示。 03 新知讲解 图3.3.1 机器人对于障碍物的感知不足 03 新知讲解 在真正应用的过程中，需要多种传感器相结合，然后对不同传感器采集到的数据进行交叉反馈，以及信息融合，从而保证机器人能够稳定可靠地工作。避障使用的传感器多种多样，各有不同的原理和特点，目前常见的主要有视觉传感器、激光传感器、红外传感器、超声波传感器等。以超声波避障机器人检测不到类似于桌腿的复杂轮廓为例，可以尝试增加红外探测传感器来解决这个问题，硬件模块介绍如图3.3.2所示。 检测传感器正前方障碍物的范围，可探测范围是0~4095。 图3.3.2 红外探测传感器 03 新知讲解 想要让机器人对环境的感知更加准确，可以增加传感器来对信息进行验证或增加冗余。例如给避障机器人增加红外探测传感器，置于前方时，可以扩大检测前方障碍物的范围；置于左、右两侧时，可以获得前方、左侧、右侧的环境信息，对移动环境有一个较为综合的判断，如图3.3.3所示。 图3.3.3 红外探测传感器置于不同位置的作用 03 新知讲解 以避障机器人在前方增加红外传感器为例，对应的程序设计如图3.3.4所示。 两个传感器都检测到障碍物 左转 图3.3.4 红外探测传感器置于前方时进行障碍物验证 02 新知导入 思考 ... ...
