师:同学们,大家好!相信大家都听说了,不久前神舟十二号带着三位太空出差的宇航员顺利归国,圆满完成此次任务。但你们知道吗?在太空中,我们还有一位特殊的朋友,它在遥远的火星想和大家见面呢,看,它来了。
祝融号:大家好,我是中国第一辆火星车,叫祝融号。让我们一起在火星开启未知的探索之旅吧。这次我肩负着重要任务,要在火星上开展地表成分、组织类型分布、地质结构以及火星气象环境等探测工作。我想对火星进行无死角探索,希望小朋友们制作一批无人驾驶机器人来帮我完成任务,好吗?
师:同学们愿意帮助它吗?无人驾驶小车也是机器人的一种,它无需人为干预,能自动判断道路和周围环境状况,进而达成指定任务。今天这节课,我们就一起来动脑动手,制作一个简单的无人驾驶小车。
要制作机器人,得先学会设计。首先要考虑它需完成什么任务,然后根据任务特点选择合适零部件,组装成机器人的硬件部分,也就是搭建机器人。最后运行编程软件,编写控制程序,下载到机器人中运行并调试程序。我们先分析任务,无人驾驶小车有很多功能,除了这张表中列举的部分,大家动动脑筋,发挥想象力,想一想还需哪些功能,能让无人驾驶小车更安全、更便捷?请拿出学习任务单,在表格中填写一下。
生1:我觉得无人驾驶汽车还能够自动检测脑电波,实现人车合一的功能。
生2:我觉得无人驾驶汽车还可以自动转弯、自动系安全带,还能根据导航前进。
生3:我觉得无人驾驶汽车可以有两只手,也就是机械臂,能把障碍物抬走,在暗处还能自动发光。
师:同学们的想法真棒!不过在火星上,这些功能中最基础且最重要的就是自动前进,检测到障碍物就停止的功能。那要完成这些功能,需要哪些零部件呢?请同学们小组间互相讨论,在任务单上勾选出需要的零部件。温馨提示,一定要根据任务合理选择零部件哦。我们的任务是什么?自动前进,检测到障碍物就停止。现在请一些同学说说,你们选择了哪些零部件?
生4:我们小组的无人驾驶汽车选了主控器、声音传感器、电动机、车轮、电池、各种结构件。
生5:我们小组的无人驾驶汽车选了主控器、灰度传感器、超声波传感器、声音传感器、电动机、车轮、电池、各种结构件。因为我之前接触过机器人,知道机器人有灰度传感器的话,可以检测到黑色和白色。再加上超声波发出声音,传感器收到声音,应该就可以完成任务了。
生6:我们小组的无人驾驶汽车选了主控器、超声波传感器、电动机、车轮、电池、各种结构件。因为我们组同学知道超声波传感器就像蝙蝠检测障碍物一样,发射超声波,遇到障碍物就会反弹回来。
师:同学们表现真棒,都能根据任务要求合理选择零部件。比如主控机和电池是机器人的必要部分,我们要制作轮式机器人,所以电动机和车轮也是必备的。为了固定和连接各种零部件,需要用到各种结构件。只是在选择传感器时,同学们想法不太一样。其实只要了解各个传感器的功能,再结合今天的任务,就知道该选什么样的传感器了。
所谓传感器,可以让机器人具备类似人类的知觉和反应功能。首先,灰度传感器能让机器人具有识别颜色的功能;其次,声音传感器就像话筒,能让机器人具备听觉能力;最后,表格中的超声波传感器,就像刚才那位同学说的,它能像蝙蝠一样发射出超声波,遇到障碍物后反弹,从而检测出与障碍物之间的距离,做出相应动作。请同学们讨论分析一下,程序应该按怎样的流程执行呢?找到学习单中的流程图,我们一起来做一做。
我们先思考机器人如何判断有障碍物就停止,没有障碍物就继续前进。首先开始,然后超声波传感器发射超声波检测障碍物,如果检测到障碍物,机器人就停止前进;如果没有检测到障碍物,就继续前进。你们和老师的一样吗?完成流程图后,准备工作基本结束,可以开始搭建机器人了。首先要根据刚才选择的零部件准备相应材料,这里老师准备的是一套学校的鲸鱼机器人零部件。准备好材料后,就可以开始搭建主体框架。搭建主体框架有时需要使用工具,应严格按照使用规范操作,养成良好操作习惯,避免制作过程中的危险。将主控机和各种结构件组合起来,搭建成一个固定框架,没看清楚的同学可以按下暂停键反复观看。
