(共35张PPT)
设计简单机器人
沪科版八年级下册
内容总览
目录
01
05
03
02
04
06
学习目标
新知导入
分析问题
设计按预设路线行进的机器人
设计巡线机器人
机器人工程日志
07
板书设计
09
课后作业
08
课堂总结
教学目标
信息意识
能够意识到智能机器人和人工智能在仓储和物流领域的应用价值，理解其对于提高效率和节省人力成本的重要性。
计算思维
培养使用顺序结构编写程序的能力，能够理解并通过程序控制机器人按照指定的路线行进。
数字化学习与创新
在活动中进行探索和创新，尝试使用不同的方法和技术解决问题，培养创新意识和实践能力。
信息社会责任
认识到在使用智能机器人和人工智能技术时，需要遵守相关的法律法规和道德规范。
新知导入
2021年，我国的快递业务量超过1083亿件，单靠人力来分拣、搬运快件已经远远不能满足需求。人工智能和机器人的发展给仓储和物流带来了新的契机，快件的搬运、分拣等都可以由智能机器人自动完成。仓储机器人的高效率，可以为物流公司节省很多人力成本。在本活动中，将设计并搭建一个简单的仓储机器人，使其能够精准地沿着固定路线行进，以便实施搬运工作。
新知讲解
一、分析问题
要完成搬运工作，机器人必须能精准地沿着固定的路线行进。可以有两种实现方式：①通过程序预先设定好路线；②用画线或点的方式在路面上标出引导线，机器人沿引导线行进。为此，可以根据需要设计两种机器人——按预设路线行进的机器人和巡线机器人。
新知讲解
二、设计按预设路线行进的机器人
一个仓储机器人需将货物从起点运输至终点，假设其行进路线必须是：由起点出发，前行50cm后，右转90°,再前进100cm,然后左转45°,直行100cm到达终点。
新知讲解
1.设计构思
根据任务，该仓储机器人需要满足如表所示的要求。
二、设计按预设路线行进的机器人
对机器人结构的要求 需要考虑的事项
能行进 需要驱动系统
能运输货物 有能装载货物的结构或装置
新知讲解
2.搭建结构
可以在活动二完成的行进机器人的基础上做一些改装，增加运输货物的结构或装置。例如，可以先制作运输装置，再将其固定在车身上。
二、设计按预设路线行进的机器人
新知讲解
3.编写程序
机器人完成这个行进任务的步骤是：①直行50cm,②向右转向90°,③直行100cm,④向左转向45°,⑤直行100cm。因此，程序可以采用顺序结构。解决本任务的关键在于设置直行距离和转向角度，电机的参数设置见表。
二、设计按预设路线行进的机器人
实现功能 电机设置
直行50cm 转向：向前功率：50秒数：2秒
右转90 转向：右转90°功率：50
直行100cm 转向：向前功率：50秒数；4秒
左转45 转向：左转45功率：50
停止 关闭电机
新知讲解
提示板
在机器人的调试过程中，需要根据实际情况调整左右电机的功率和执行秒数。
二、设计按预设路线行进的机器人
说说做做
根据以上的流程图和电机的参数设置表，编写程序。交流如何控制机器人按照指定的距离直行或转向。
新知讲解
4.运行与调试程序
将程序下载至控制器，运行与调试程序，让机器人按照要求完成任务。如果出现问题，尝试参考以下要点进行分析与解决：
二、设计按预设路线行进的机器人
左右电机与控制器的连接是否正确
转弯时，转向值的设置是否合适
直行一段距离时，移动转向模块中功率和时间参数的设置是否合适
新知讲解
二、设计按预设路线行进的机器人
说说做做
在程序的调试过程中出现了哪些问题 你是如何解决的
这可能是由于电机功率或运行时间的设置不合适导致的。为了解决这个问题，尝试调整电机的功率和运行时间参数，使机器人的行进距离达到预期。
转向模块的设置可能存在问题，导致机器人无法按照预设的角度进行转向。此时，检查转向模块的设置，特别是转向角度和转向速度等参数，并进行相应的调整。
机器人行进距离不准确
机器人转向角度不准确
新知讲解
三、设计巡线机器人
巡线机器人不需要知道具体的行进路线，它是根据地面上的引导线行进的。因此，设计巡线机器人时，首先需要考虑以下问题：
机器人如何识别路线
传感器应该安装在什么位置
需要安装什么传感器来识别路线
新知讲解
1.设计构思
根据任务，该巡线仓储机器人需要满足如表所示的要求。
三、设计巡线机器人
对机器人结构的要求 需要考虑的事项
能行进 需要驱动系统
能识别引导线 需要安装可识别引导线的传感器
能运输 有能装载货物的结构或装置
可以在机器人上安装一个或多个光电传感器用于识别黑线，传感器的安装位置应该贴近地面。
新知讲解
知识链接
光电传感器识别黑线
机器人在巡线过程中，通过收集光电传感器的参数来判断自己所处的位置。当传感器在黑线上时，反射光强度低，传感器返回读值较小；当传感器在白色区域时，反射光强度高，传感器返回读值较大。
三、设计巡线机器人
新知讲解
2.搭建结构
巡线机器人与之前按预设路线行进机器人的功能都是运输货物，因此可以在按预设路线行进机器人的基础上做一些改装，即再安装一个识别黑线的光电传感器。例如，可以先组装光电传感器装置，再将其固定在车身上。然后，将光电传感器与控制器的3号端口进行连接。
三、设计巡线机器人
新知讲解
3.编写程序
巡线机器人前进时，要不停地判别自己是不是正在沿着引导线行进，一旦发现偏离弓导线，立即调整行进方向。巡线时，机器人可以采用一种摇摆式行进的方式：当机器人在黑线上时，向某一方向进行一定偏转；当机器人离开黑线时，向其反方向进行偏转，从而回到黑线上。电机的参数设置见表。
三、设计巡线机器人
实现效果 左电机设置 右电机设置
向左偏转 左电机关闭 右电机开启
向右偏转 左电机开启 右电机关闭
新知讲解
提示板
本例中的光电传感器具有3种模式：颜色模式、反射光线强度模式和环境光强度模式，识别黑线时应采用“反射光线强度”模式。光电传感器将光线的强度测量为0到100的百分比，其中，0表示非常暗，100表示非常亮。根据暗色吸光、亮色反光的原理，取其中间值来区分黑线和白色场地。当传感器采集到的数据值小于50,可以认为传感器在黑线上，反之则认为传感器在白色场地上。
三、设计巡线机器人
新知讲解
说说做做
1.图中，机器人巡线时沿黑线左侧摇摆式前进，如果机器人沿黑线右侧摇摆式前进，该如何设计流程图并设置电机参数
三、设计巡线机器人
参考
实现效果 左电机设置 右电机设置
向左偏转 左电机关闭 右电机开启
向右偏转 左电机开启 右电机关闭
新知讲解
说说做做
2.根据以上流程图和电机参数设置表，编写程序。交流程序中需要用到怎样的结构，才能使光电传感器反复测量光线强度值从而采取不同的行动。
三、设计巡线机器人
参考
程序中使用了循环结构和切换结构能使光电传感器反复测量光线强度值从而采取不同的行动。
新知讲解
知识链接
利用车轮电机速度差控制机器人转向
通常可以通过设置左右轮的电机速度差来控制机器人小车的转向，当小车左侧车轮电机的速度>右侧车轮电机的速度时，小车会向右偏转；反之，小车会向左偏转。小车的旋转角度可以用电机的功率和运行时间来控制。
三、设计巡线机器人
新知讲解
4.运行与调试程序
将程序下载至控制器，运行与调试程序，让机器人按照要求完成任务。如果出现问题，尝试参考以下要点进行分析与解决：
三、设计巡线机器人
传感器的位置安装是否合适 传感器位置是否贴近地面
03
机器人的电源、机器人测试场地环境(光线、地面摩擦力、噪声等因素)对机器人是否有影响
04
程序的设计思路是否正确
01
电机或传感器与控制器相连的端口序号是否正确
02
新知讲解
扩展学习——机器人工程日志
工程日志是用于记录项目设计及实施过程，并能培养工程思维及掌握相关技能(如项目管理、时间管理、团队合作等)的一种手段。
1.什么是工程日志呢
新知讲解
扩展学习——机器人工程日志
在搭建机器人的整个过程中，大家会发现问题、拟定计划、遇到困难、解决问题、学到经验。工程日志是从第一天开始到搭建结束整个过程的原始记录，需要完整地写出来。
工程日志是一个反复的过程，参与者在这个过程中认识和确定问题，测试他们的设计，不断改进设计，并继续这个过程直到形成解决方案。
工程日志用于记录参与者在项目设计过程以及整个制作阶段的经历，包括问题定义、概念设计、系统层级设计、细节设计以及测试、修改和搭建等。
2.工程日志的作用
新知讲解
扩展学习——机器人工程日志
3.在记录工程日志的过程中，有哪些要求
团队会议笔记、设计概念和草图、图片、制作中的笔记、队员的意见和想法、团队组织以及对团队有用的任何其他文件，都可以记录在工程日志中。
01
队员的姓名和分工必须清楚地记录在工程日志的封面上。
02
按顺序标明页码，不能任意替换或撕掉任何一页。
03
新知讲解
单元挑战
下列活动按能力要求分成三类，请从这三类活动中依次各选一项去挑战，并按照完成的情况给自己加星。
活
动
一
1.制作一张海报，介绍什么是人工智能。
3.举办一次辩论会，讨论我们是否应该积极迎接人工智能时代的来临。
2.制作一个PPT,介绍人工智能给社会带来怎样的影响。
新知讲解
单元挑战
活动二
1.编写程序，让机器人在直线上行进一段距离后向左转弯。
参考：
新知讲解
单元挑战
活动二
2.编写程序，让机器人完成一个等边三角形的行进路线。
参考：
新知讲解
单元挑战
活动三
1.编写程序，使用循环结构让机器人按一个正方形的路线行走。
参考：
新知讲解
单元挑战
活动三
2.巡线机器人可以使用多个光电传感器，尝试设计并制作一个使用两个光电传感器的巡线机器人，并编写巡线程序。
参考：
3
2
课堂总结
本次活动主要围绕“设计简单机器人”这一主题展开。通过学习，我们深入了解了如何分析机器人设计的需求，以及如何根据需求进行机器人的设计和搭建。在活动过程中，我们不仅掌握了基本的机器人编程知识，还学习了如何根据任务要求设置电机参数，实现了机器人的精准行进。本次活动理论与实践相结合，让我们在动手实践的过程中深化了理论知识的学习。通过实践操作，我们更好地理解了机器人设计的基本原理和方法，提高了自己的动手能力和解决问题的能力。
板书设计
课后作业
在设计仓储机器人时，除了考虑其行进路线和运输功能外，还需要考虑哪些因素？
1
设计并制作一个能够自主避障的机器人，要求机器人在遇到障碍物时能够自动改变行进路线。
2
谢谢
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设计简单机器人 教学设计
课题 设计简单机器人 单元 初识人工智能——智能工具与智能机器人 学科 初中信息技术 年级 八年级
教材分析 教材内容围绕设计简单机器人展开，详细阐述了两种机器人的设计思路、搭建结构和程序编写过程。内容逻辑清晰，条理分明，易于理解。通过介绍按预设路线行进的机器人和巡线机器人的设计过程，使学生了解机器人的基本原理和应用场景。同时，教材还注重培养学生的实践能力和创新思维，通过设置任务和提问，引导学生思考解决问题的方法和途径。整体上，本教材内容丰富、实用性强，符合学生的认知特点。
学习目标 信息意识：能够意识到智能机器人和人工智能在仓储和物流领域的应用价值，理解其对于提高效率和节省人力成本的重要性。培养观察力和敏感性，能够关注到机器人技术在实际生活中的应用，并意识到这些技术对个人和社会的影响。计算思维：培养使用顺序结构编写程序的能力，能够理解并通过程序控制机器人按照指定的路线行进。通过分析和解决问题，形成逻辑清晰、步骤明确的思维过程，培养计算思维和解决问题的能力。数字化学习与创新：在活动中进行探索和创新，尝试使用不同的方法和技术解决问题，培养创新意识和实践能力。信息社会责任：认识到在使用智能机器人和人工智能技术时，需要遵守相关的法律法规和道德规范。
重点 机器人的编程与调试：掌握如何编写程序控制机器人按照预设路线行进，如何编写巡线程序，以及如何通过调试解决运行中出现的问题。
难点 机器人的转向与距离控制：如何准确设置电机的参数，实现机器人的精确转向和直行距离，是教学中的一大难点。巡线机器人的设计与实现：如何设计并实现一个能够根据地面引导线自主行进的巡线机器人，对学生的综合能力要求较高，是教学中的难点。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 2021年，我国的快递业务量超过1083亿件，单靠人力来分拣、搬运快件已经远远不能满足需求。人工智能和机器人的发展给仓储和物流带来了新的契机，快件的搬运、分拣等都可以由智能机器人自动完成。仓储机器人的高效率，可以为物流公司节省很多人力成本。在本活动中，将设计并搭建一个简单的仓储机器人，使其能够精准地沿着固定路线行进，以便实施搬运工作。 了解人工智能和机器人的发展对社会发展的重要作用及本次活动的学习内容。 通过介绍现实背景中仓储机器人的应用与优势，激发学生兴趣，引出本课主题——设计搭建仓储机器人，培养实践能力。
讲授新课 一、分析问题要完成搬运工作，机器人必须能精准地沿着固定的路线行进。可以有两种实现方式：①通过程序预先设定好路线；②用画线或点的方式在路面上标出引导线，机器人沿引导线行进。为此，可以根据需要设计两种机器人——按预设路线行进的机器人和巡线机器人。二、设计按预设路线行进的机器人一个仓储机器人需将货物从起点运输至终点，假设其行进路线必须是：由起点出发，前行50cm后，右转90°,再前进100cm,然后左转45°,直行100cm到达终点。1.设计构思根据任务，该仓储机器人需要满足如表1-3-1所示的要求。表1-3-1 对仓储机器人的要求对机器人结构的要求需要考虑的事项能行进需要驱动系统能运输货物有能装载货物的结构或装置2.搭建结构可以在活动二完成的行进机器人的基础上做一些改装，增加运输货物的结构或装置。例如，可以先制作运输装置，再将其固定在车身上。3.编写程序机器人完成这个行进任务的步骤是：①直行50cm,②向右转向90°,③直行100cm,④向左转向45°,⑤直行100cm。因此，程序可以采用顺序结构。解决本任务的关键在于设置直行距离和转向角度，电机的参数设置见表1-3-2。表1-3-2 电机的参数设置实现功能电机设置直行50cm转向：向前 功率：50 秒数：2秒右转90转向：右转90° 功率：50直行100cm转向：向前 功率：50 秒数；4秒左转45转向：左转45 功率：50停止关闭电机提示板在机器人的调试过程中，需要根据实际情况调整左右电机的功率和执行秒数。说说做做根据以上的流程图和电机的参数设置表，编写程序。交流如何控制机器人按照指定的距离直行或转向。4.运行与调试程序将程序下载至控制器，运行与调试程序，让机器人按照要求完成任务。如果出现问题，尝试参考以下要点进行分析与解决：◆左右电机与控制器的连接是否正确 ◆直行一段距离时，移动转向模块中功率和时间参数的设置是否合适 ◆转弯时，转向值的设置是否合适 说说做做在程序的调试过程中出现了哪些问题 你是如何解决的 参考：机器人行进距离不准确：这可能是由于电机功率或运行时间的设置不合适导致的。为了解决这个问题，可以尝试调整电机的功率和运行时间参数，使机器人的行进距离达到预期。机器人转向角度不准确：转向模块的设置可能存在问题，导致机器人无法按照预设的角度进行转向。此时，可以检查转向模块的设置，特别是转向角度和转向速度等参数，并进行相应的调整。在调试过程中，需要耐心和细心地观察和测试机器人的行为，不断调整和优化程序设置，直到机器人能够准确地按照预设的路线行进为止。三、设计巡线机器人巡线机器人不需要知道具体的行进路线，它是根据地面上的引导线行进的。因此，设计巡线机器人时，首先需要考虑以下问题：◆机器人如何识别路线 ◆需要安装什么传感器来识别路线 ◆传感器应该安装在什么位置 1.设计构思根据任务，该巡线仓储机器人需要满足如表1-3-3所示的要求。表1-3-3 对巡线仓储机器人的要求对机器人结构的要求需要考虑的事项能行进需要驱动系统能识别引导线需要安装可识别引导线的传感器能运输有能装载货物的结构或装置可以在机器人上安装一个或多个光电传感器用于识别黑线，传感器的安装位置应该贴近地面。知识链接光电传感器识别黑线机器人在巡线过程中，通过收集光电传感器的参数来判断自己所处的位置。当传感器在黑线上时，反射光强度低，传感器返回读值较小；当传感器在白色区域时，反射光强度高，传感器返回读值较大。2.搭建结构巡线机器人与之前按预设路线行进机器人的功能都是运输货物，因此可以在按预设路线行进机器人的基础上做一些改装，即再安装一个识别黑线的光电传感器。例如，可以先组装光电传感器装置，再将其固定在车身上。然后，将光电传感器与控制器的3号端口进行连接。3.编写程序巡线机器人前进时，要不停地判别自己是不是正在沿着引导线行进，一旦发现偏离弓导线，立即调整行进方向。巡线时，机器人可以采用一种摇摆式行进的方式：当机器人在黑线上时，向某一方向进行一定偏转；当机器人离开黑线时，向其反方向进行偏转，从而回到黑线上。电机的参数设置见表1-3-4。表1-3-4 电机参数设置实现效果左电机设置右电机设置向左偏转左电机关闭右电机开启向右偏转左电机开启右电机关闭提示板本例中的光电传感器具有3种模式：颜色模式、反射光线强度模式和环境光强度模式，识别黑线时应采用“反射光线强度”模式。光电传感器将光线的强度测量为0到100的百分比，其中，0表示非常暗，100表示非常亮。根据暗色吸光、亮色反光的原理，取其中间值来区分黑线和白色场地。当传感器采集到的数据值小于50,可以认为传感器在黑线上，反之则认为传感器在白色场地上。说说做做图中，机器人巡线时沿黑线左侧摇摆式前进，如果机器人沿黑线右侧摇摆式前进，该如何设计流程图并设置电机参数 参考：流程图电机参数设置实现效果左电机设置右电机设置向左偏转左电机关闭右电机开启向右偏转左电机开启右电机关闭根据以上流程图和电机参数设置表，编写程序。交流程序中需要用到怎样的结构，才能使光电传感器反复测量光线强度值从而采取不同的行动。参考：程序中使用了循环结构和切换结构能使光电传感器反复测量光线强度值从而采取不同的行动。知识链接利用车轮电机速度差控制机器人转向通常可以通过设置左右轮的电机速度差来控制机器人小车的转向，当小车左侧车轮电机的速度>右侧车轮电机的速度时，小车会向右偏转；反之，小车会向左偏转。小车的旋转角度可以用电机的功率和运行时间来控制。4.运行与调试程序将程序下载至控制器，运行与调试程序，让机器人按照要求完成任务。如果出现问题，尝试参考以下要点进行分析与解决：(1)程序的设计思路是否正确 (2)电机或传感器与控制器相连的端口序号是否正确 (3)传感器的位置安装是否合适 传感器位置是否贴近地面 (4)机器人的电源、机器人测试场地环境(光线、地面摩擦力、噪声等因素)对机器人是否有影响 扩展学习——机器人工程日志1.什么是工程日志呢 工程日志是用于记录项目设计及实施过程，并能培养工程思维及掌握相关技能(如项目管理、时间管理、团队合作等)的一种手段。2.工程日志的作用在搭建机器人的整个过程中，大家会发现问题、拟定计划、遇到困难、解决问题、学到经验。工程日志是从第一天开始到搭建结束整个过程的原始记录，需要完整地写出来。工程日志是一个反复的过程，参与者在这个过程中认识和确定问题，测试他们的设计，不断改进设计，并继续这个过程直到形成解决方案。工程日志用于记录参与者在项目设计过程以及整个制作阶段的经历，包括问题定义、概念设计、系统层级设计、细节设计以及测试、修改和搭建等。3.在记录工程日志的过程中，有哪些要求 团队会议笔记、设计概念和草图、图片、制作中的笔记、队员的意见和想法、团队组织以及对团队有用的任何其他文件，都可以记录在工程日志中。队员的姓名和分工必须清楚地记录在工程日志的封面上。按顺序标明页码，不能任意替换或撕掉任何一页。单元挑战下列活动按能力要求分成三类，请从这三类活动中依次各选一项去挑战，并按照完成的情况给自己加星。活动1：1.制作一张海报，介绍什么是人工智能。2.制作一个PPT,介绍人工智能给社会带来怎样的影响。3.举办一次辩论会，讨论我们是否应该积极迎接人工智能时代的来临。活动2：编写程序，让机器人在直线上行进一段距离后向左转弯。参考：编写程序，让机器人完成一个等边三角形的行进路线。参考：活动3：编写程序，使用循环结构让机器人按一个正方形的路线行走。参考：巡线机器人可以使用多个光电传感器，尝试设计并制作一个使用两个光电传感器的巡线机器人，并编写巡线程序。参考： 学习机器人精准地沿着固定路线行进两种实现方式。学习设计按预设路线行进的仓储机器人的步骤，包括设计构思、结构搭建、程序编写、运行调试等。学习关键方法。学习机器人程序调试方法。学习设计巡线机器人的步骤，包括设计构思、结构搭建、程序编写、运行调试等。学习光电传感器识别黑线的工作原理。学习单光电传感器巡线设置方法。学习光电传感器的三种模式。了解机器人转向的原理。了解机器人工程日志含义、作用和记录要求。从这三类活动中依次各选一项去挑战，并完成自我评价。 通过分析两种实现机器人精准行进的方式，引出设计不同类型的机器人，培养学生分析问题的能力。通过学习设计按预设路线行进的仓储机器人的步骤，让学生体验机器人设计的一般流程，同时在设计机器人过程中，培养学生问题解决的能力。在关键环节，为学生提供方法支撑。通过学习调试方法，提升学生问题解决能力。通过学习设计线机器人的步骤，让学生进一步理解机器人设计的一般流程，同时在设计机器人过程中，培养学生问题解决的能力。通过学习原理，为学生学习巡线方法奠定理论基础。通过编程，将想法转变成算法，控制机器人巡线行进。通过学习差速原理，让学生清楚机器人转向的底层逻辑。通过学习机器人工程日志，帮助学生养成良好的设计、制作机器人习惯。通过单元挑战，帮助学生梳理本单元学习内容，同时检测学习效果。
课后练习 在设计仓储机器人时，除了考虑其行进路线和运输功能外，还需要考虑哪些因素？设计并制作一个能够自主避障的机器人，要求机器人在遇到障碍物时能够自动改变行进路线。 小组合作完成课后练习，然后和班上同学交流。 通过课后练习，加深学生对仓储机器人设计的理解，培养其综合考虑问题的能力，并锻炼其将理论应用于实践的能力。
课堂小结 组织学生分小组总结本课学习内容，请每个小组代表说说自己小组总结的结果。教师做最后的补充。参考：本次课主要围绕“设计简单机器人”这一主题展开。通过学习，我们深入了解了如何分析机器人设计的需求，以及如何根据需求进行机器人的设计和搭建。在活动过程中，我们不仅掌握了基本的机器人编程知识，还学习了如何根据任务要求设置电机参数，实现了机器人的精准行进。本次活动理论与实践相结合，让我们在动手实践的过程中深化了理论知识的学习。通过实践操作，我们更好地理解了机器人设计的基本原理和方法，提高了自己的动手能力和解决问题的能力。 在小组讨论基础上，推选代表总结本课学习内容。其他小组做补充总结。 学生自己总结学习内容是一种学习方法，每次课可以梳理出学习了哪些知识、技能方法和思维方式，在头脑中形成本课程的学科结构。
板书 从教师板书上归纳本课学习内容的重点。 通过板书，帮助学生形成本课学习内容思维导图。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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