3D虚拟机器人培训教案教案

第 1 页 共 32 页 3D虚拟机器人培训教案 第一课时 第一课时 辅导介绍辅导介绍 根据 关于举办2012年贵阳市中小学电脑制作活动的通知筑教办发 2012 80号 文件 我们举办本次3D 虚拟机器人培训 贵阳市虚拟机器人搜虚拟机器人搜 救救规则 一 竞赛目标一 竞赛目标 通过比赛 让参赛选手对救援工作有更深刻的了解 同时也提高学生的救 援意识 通过机器人搭建 培养参赛选手的动手能力 通过程序编写 使参赛 选手的编程能力得到进一步提高 二 竞赛范围二 竞赛范围 小学组 初中组 高中组 职高组 三 竞赛环境三 竞赛环境 1 软件环境 1 操作系统 WINDOWS XP 2 比赛系统 中鸣 3D 机器人仿真搜救平台 2 硬件环境 1 电脑硬件配置 cpu P4 2 4G 内存 512M 显卡 32M 以上 推荐 CPU PE5200 内存 2G 64M 显卡 2 电脑数量 组委会提供竞赛现场编程用电脑 每人一台 参赛选手不 允许携带任何可以复制文件的工具进入竞赛现场 如 U 盘等 3 投影仪 组织方提供 1 台投影仪连接裁判电脑用于显示比赛过程 4 所有电脑必须连在同一个局域网 并且可以互相通信 3 竞赛场地 第 2 页 共 32 页 四 竞赛相关 1 场地结构 侧视图 为上下两层 上图仅为例图 具体场地以现场公 布为准 2 一层地板上的黑色轨迹线有虚线和实线之分 3 斜坡水平倾斜度大于 20 度 机器人在一层通过斜坡 图中黄色区域 到达二层 图中粉色区域 4 图中的圆形模型为巨石 可被机器人推动 5 二层有菱角的模型为黄色岩石 房间各处均可能存在 不能被机器人 推动 6 每一个组别的场地地形以及难度会略有不同 场地的元素和结构可以 参考上图 四 竞赛规则 1 机器人 机器人必须在 22 22 22 个单位 一个单位相当于现实的 1 2 个像素 以内 只能有 1 个主控器 两个马达 传感器不限 2 参赛队伍 每组参赛队伍须按男女分组 由 1 名成员 和一名教练员组 成 3 被困人员 被困人员将会出现在场地上的任意位置 4 解救被困人员 机器人到达被困人员位置 停下 3 秒 系统时间 即可解 救被困人员 5 竞赛任务 1 以一次救援行动为主线 救出场地中的被困人员 机器人从场地指定 区 图中 start 区域 出发 沿途做搜救任务 最后到达指定的安全出口 图 中 end 区域 2 机器人可沿轨迹救出被困人员 也可不沿轨迹运行 3 被困人员数量与位置 轨迹线复杂程度 石块的数量与位置因组别不 同其难度有所差异 这些任务请以现场公布的为准 6 竞赛时长 1 机器人搭建 编程及调试 60 分钟 组别 2 任务完成 100 秒 组别 7 机器人程序约束 使用机器人快车编写程序时 系统延时 函数使用次数不得超过 5 次 若 使用超过 5 次 则之后再调用该函数将不会再有延时效果 五 竞赛终止 第 3 页 共 32 页 1 比赛没有进展超过 20 秒 2 因机器人自身出错而导致比赛中断 该队队长可选择向裁判示意停止该 轮比赛 3 未能在规定时间内完成任务 4 参赛选手主动宣布放弃 六 评分标准 1 参赛队伍程序连续运行两次 取得分较高的一次计为该阶段的竞赛成绩 2 机器人成功解救被困人员 10 分 人 3 机器人顺利登上斜坡到达二层 20 分 4 机器人顺利推开二层巨石 10 分 5 机器人成功到达安全出口 20 分 6 成功完成任务实际时长每提前一秒 0 3 分 7 参赛队伍该阶段的得分占其成绩的 60 七 竞赛纪律 1 参赛队伍应根据比赛时间安排提前进入比赛区域 准备签到并做赛前准 备 2 领队 指导老师及家长不得进入比赛区域 违者将警告并记录在案 情 节严重者将扣参赛队伍比赛分数 3 比赛迟到 5 分钟以上 裁判可判定该参赛队伍为弃权 4 竞赛期间 凡是规则中没有说明的事项均由裁判决定 八 奖励 8 1 每个组别按总成绩排名 如果出现局部并列的排名 按如下顺序决定先后 1 所有场次中完成单项任务总数多的队在前 2 扣除的一个最低分高的队在前 3 机器人重量小的队在前 或由裁判确定 8 2 个人荣誉奖项 一等奖 6 名 其余前 40 获二等奖 颁发证书 后 60 获三等奖 颁发证书 其余的前 40 获二等奖 颁发证书 后 60 获三等奖 颁发证书 8 3 团体荣誉奖项 按照参赛队员的获奖名次累计成绩确定参赛队团体奖名次 其中一等奖中 第一名计 10 分 第二名计 8 分 第三名计 7 分 第四名计 5 分 第五名计 4 分 第 4 页 共 32 页 第六名计 3 分 二等奖计 2 分 三等奖计 1 分 其中团体奖分一 二 三等奖 按区市县 市直属学校分别颁发团体奖 九 其它其它 9 1 比赛期间 凡是规则中没有说明的事项由裁判委员会决定 竞赛组委 会委托裁判委员会对此规则进行解释与修改 9 2 本规则是实施裁判工作的依据 在竞赛中 裁判有最终裁定权 他们 的裁决是最终裁决 评分表 虚拟搜救评分表 评分表评分表 区县市 直属学校组别学校姓名性别 成绩成绩 时间得分备注 第一次登记 第二次登记 第三次登记 最终成绩 100 0 3 学生签名 裁判签名 第 5 页 共 32 页 2 2 机器人仿真系统简介机器人仿真系统简介 机器人仿真系统是一套教育平台 以寓教于乐的方式 打破了传统教育的 模式 让大家在积极 主动的竞争中极大的提高自己的学习水平 用户通过机 器人控制接口控制机器人的动作 将编制好的机器人放到赛场上和其它用户写 的机器人同台竞技 在比赛的过程中去感受到学习所带来的快乐 并且在玩的 过程中不断学习程序设计和机器人策略算法 在这个过程中 为了学习程序设 计 您使用了机器人仿真系统 因为它有趣 直观 在学习的同时您感到了快 乐 可是在娱乐的同时您会发现自己目前的知识存储不能给您更高的支持 所 以为了得到更大的快乐 您又投入学习 机器人仿真系统就是这样一种系统 让你在玩 学习 玩 学习的循环过程中不断提高自己程序设计和策略算法设 计的水平 机器人仿真系统还为不同水平的用户提供了一系列解决方案 满足不同水 平层次的用户的需要 机器人仿真系统虚拟机器人运行平台 机器人程序编辑平台于一身 为编 写虚拟机器人程序提供了全方位的服务 第二课时 走进虚拟机器人世界第二课时 走进虚拟机器人世界 学习内容 1 认识机器人仿真系统 2 认识机器人快车编程软件 3 认识虚拟仿真流程 重难点 快车编程 本章将会引导读者使用和了解虚拟机器人 带领读者走进虚拟机器人世界 感受虚拟机器人带来的神奇体验 制作流程 步骤一 双击图标 打开机器人仿真系统 如图 1 1 第 6 页 共 32 页 菜单栏 工具栏 编辑区 图 1 1 步骤二 单击 仿真 如图 1 2 转到 仿真窗口 如图 1 3 图 1 2 图 1 3 步骤三 依次点击 导入场地 导入机器人 导入策略 如图 1 4 最后 第 7 页 共 32 页 点击 仿真开始 按钮开始仿真 小结小结 通过本章学习 大家体验到虚拟机器人给我们带来的神奇体验 读者也从 中掌握了虚拟仿真软件的使用方法和步骤 大家是否想了解机器人的制作过程 不着急 在后面的章节里我们将会一步一步教会大家制作属于自己的机器人 第三课时 虚拟机器人的组成元素第三课时 虚拟机器人的组成元素 学习内容 1 认识机器人搭建平台 2 认识场地制作平台 3 认识机器人编程平台 4 认识机器人仿真平台 任务引言 我们从上一章了解到机器人的仿真步骤 需要依次导入场地 机器人和策略 才能在仿真平台上仿真 本章给大家介绍场地 机器人 策略的制作平台 制作流程 双击图标 打开中鸣机器人 3D 仿真系统 如图 2 1 3D 虚拟机器人搭建平台 第 8 页 共 32 页 图 2 1 3D 虚拟场地搭建平台 第 9 页 共 32 页 3D 虚拟机器人编程平台 3D 虚拟机器人仿真平台 小结小结 通过本章学习 大家体验到机器人仿真系统的三个关键组成部分 场地 机器人 策略的制作平台 下一章将依次重点介绍这三个组成部分 第 10 页 共 32 页 第四课时第四课时 机器人搭建机器人搭建 学习内容 1 认识积木件搭建 2 认识传感器搭建 3 认识马达搭建 4 认识主控器搭建 机器人的外形千奇百怪 只有我们想不到 没有我们做不到 它没有固定 的外形和功能 由各种零件拼装组合而成 是由我们的创意和设计决定的 中鸣的结构件多种多样 可以构建各式各样的机器人 下面我们开始学习 怎样构建自己的机器人吧 任务引言 在构建机器人之前 我们首先来感性认识一下中鸣的各种结构件 同一类结构 件的用法是相似的 制作流程 步骤一 双击 打开机器人仿真系统 步骤二 现在我们从搭建一个小车子来一步步体验机器人搭建的乐趣 首先我们从 传感器 的那个栏目里面选择 RCU 点击 你可以看到场景上面出 现了一个 RCU 的模型 然后我们再从 轮胎马达 那个栏目里面选择 马达 点击 那么场景上面将会出现一个马达模型在点击一下 也就是现在场景上面 现在应该出现两个马达了 然后到场景里面点击马达拖动 你会看到现在那个 给你选中的马达模型会跟随的鼠标移动 当你移动到 RCU 附近的时候马达会自 第 11 页 共 32 页 动和 RCU 有一个匹配效果这样就可以将马达搭到 RCU 上面去了 然后你会觉得奇怪了两个马达都是同一个方向的 如何搭建出一个小车呢 先 在软件上面找到以下图标 为了旋转马达 先来了解一下以下图标的功能吧 调色板 这个用来更改积木的颜色 点击这个图标将会出现一个调色板 从中可以选择积木的颜色 旋转积木 这个能让积木绕 X 轴旋转 旋转积木 这个能让积木绕 Y 轴旋转 旋转积木 这个能让积木绕 Z 轴旋转 移动积木 点击此图标 那么选中的积木将会跟随鼠标移动 删除积木 点击此图标 那么选中的模型将会从场景上面删除 好了了解完以上图标的功能 那么我们就来让马达旋转吧 点击 看清楚哦 中间那个字是 Z 哦 点击完之后 再把鼠标移动到你 要旋转的那个马达上面点击 那么就会看到马达旋转了 好了 利用以上方法 以及积木搭建出一个这样的机器人吧 第 12 页 共 32 页 接下来我们来了解各个部件吧 第 13 页 共 32 页 普通轮胎 万向轮 马达 红外测障 触碰 指南针 红外测距 黑标 火焰检测 寻迹卡 腹眼 小结 第 14 页 共 32 页 这一章我们了解了如何搭建一个机器人以及机器人搭建里面各个部件 下一章 我们来了解一下如何搭建一个场地 第五课时第五课时 场地搭建场地搭建 学习内容 了解如何搭建一个场地 任务引言 现在我们已经有一个机器人了 但是如果想要仿真起来还是不够的 因为我们 还需要一个场地 那么接下来我们就来自己亲手搭建一个场地吧 制作流程 选择 场地搭建 你将会看到 从左边的部件里面选择第一个项目 你将会看场景里面出现了一块 长方 体 这个就是我们仿真里面的一个围墙 场地搭建对于模型的操作和机器人搭 建的操作是一样的 我们接下来用一种可以更改大小的围墙来搭建我们的场地 吧 先从模型里面选中一个粉红色正方体 然后右键正方体 第 15 页 共 32 页 你会看到左边会出现上面那个窗口 上面个三个滚动条分别可以更改模型三个方向的大小 那么我们现在搭建一个 场地吧 按照上面的方法 搭出上面这个场地 场地上面空空的 什么都没有 我们来 为场地加几棵树吧 第 16 页 共 32 页 但是感觉还是需要有张场地纸才行的 那么接下来我们来帮场地加张场地纸吧 点击这个图片 从中选择你喜欢的场地纸就可以了 小结 这一章我们学会了如何搭建一个仿真场地 第 17 页 共 32 页 第六课时第六课时 机器人程序设计机器人程序设计 学习内容 1 学习使用机器人快车编写机器人程序 2 熟悉机器人快车的基本函数 任务引言 在制作机器人之前 首先要确定机器人的任务 那即是让机器人做什么呢 在 本章中 我们就要做一个程序来控制机器人完成特定的任务 制作流程 1 首先是运行机器人快车 2 从左边模块库中将图标拖到主编辑窗口 3 编 写简单的程序让机器人向前走 首先拉条件循环图标到主编辑界面 然后再添加两个设置马达模块 分别设置端口 1 状态 0 速度 100 端口 2 状态 0 速度 100 并将整个流程连起来 最后点击图标编译程序 这样子就机器人走直线的程序就编写完成了 3 机器人控制模块 第 18 页 共 32 页 SetMotor 图标 说明 设置马达的状态以及转速 参数 3 个 port 要设置的马达的端口号 1 254 state 马达的状态 0 正转 1 停止 2 反转 speed 马达的转速 0 100 4 其他模块 delayms 图标 说明 设置毫秒延时 参数 1 个 ms 延时的毫秒数 5 传感器模块 GetIRDete 图标 说明 获取红外测障传感器的读数 参数 1 个 port 对应传感器的端口号 1 254 返回值 1 或 0 返回有或没有 GetRange 图标 说明 获取红外测距传感器的读数 参数 1 个 port 对应传感器的端口号 1 254 返回值 0 500 离最近的墙壁的距离 GetCompass 图标 说明 获取指南针传感器的读数 参数 1 个 port 对应传感器的端口号 1 254 返回值 0 359 默认 Y 轴正方向为 0 数值逆时针递增 GetTouch 图标 说明 获取碰撞检测传感器的读数 参数 1 个 port 对应传感器的端口号 1 254 返回值 0 没有触碰 第 19 页 共 32 页 1 有触碰 GetBlack 图标 说明 获取灰度传感器的读数 参数 1 个 port 对应传感器的端口号 1 254 返回值 0 255 的灰度值 GetTrace 图标 说明 获取智能寻迹卡的读数 参数 2 个 port 对应传感器的端口号 1 254 index 寻迹卡上的对应灰度传感器位置 1 8 返回值 0 没有看到黑线 1 看到黑线 GetFire 图标 说明 获取火焰传感器的读数 参数 1 个 port 对应传感器的端口号 1 254 返回值 0 255 的火焰亮度值 GetCompound 图标 说明 获取复眼的读数 参数 2 个 port 对应传感器的端口号 1 254 command 复眼控制命令 1 12 第 20 页 共 32 页 返回值 数值或者编号 小结 在机器人快车里面 系统已经提供了几个基础的函数 用户可以通过以下基础 函数快速编写机器人程序 也可以封装出高级函数 注 写好的程序编译到到机器人快车的 Robots RCJ Projects 文件夹下面 第 21 页 共 32 页 第七课时第七课时 虚拟仿真虚拟仿真 走椭圆机器人走椭圆机器人 学习内容 这一章我们来学习让我们已经搭建好的机器人 场地 还有机器人程序在仿真 里面运行起来 任务引言 制作流程 点击 仿真 这三个图片分别就加载场地 加载机器人 加载策略 机器人程序 那么接下 来就把我们之前做好的机器人 场地 还有机器人程序加载进来吧 然后点击 一下这个图标 你就可以看到仿真的效果了 小结 在接下来几章将介绍几个小例程 走椭圆机器人走椭圆机器人 1 机器人搭建 如图搭建出走椭圆的机器人 由两个马达驱动 两个灰度传感器检测 搭建完机器人后 设置好端口号 如下图 第 22 页 共 32 页 灰度 端口 4 灰度 端口 3 马达 端口 1 马达 端口 2 2 程序原理 由两个灰度传感器夹着黑线走 当左边灰度传感器看到黑线 设置两个马达速 度使机器人向左转 当右边灰度传感器看到黑线 设置两个马达速度使机器人 向右转 其他情况 机器人直走 3 程序例图 程序代码 include include int main void unsigned char left 0 unsigned char right 0 第 23 页 共 32 页 while 1 left GetBlack 3 right GetBlack 4 if left 0 SetMotor 1 1 50 SetMotor 2 0 50 else if right 0 SetMotor 1 0 50 SetMotor 2 1 50 else SetMotor 1 0 50 SetMotor 2 0 50 return 1 第八课时 第八课时 指南针应用指南针应用 1 机器人搭建 如图搭建出指南针机器人 由两个马达驱动 一个指南针传感器检测 第 24 页 共 32 页 搭建完机器人 设置好端口号 如下图 指南针 端口 3 马达 端口 1 马达 端口 2 2 程序原理 让机器人先直走一段时间 然后设置两个马达速度 使车子向左转 循环检测 指南针传感器 如果指南针读数转过了 90 度 就跳出循环 再直走 然后重复 上面方法 实现机器人在场地上走出正方形轨迹 3 程序例图 第 25 页 共 32 页 程序代码 include TurnLeft c include Go c int main void unsigned int angle 90 while 1 if angle 360 angle angle 360 TurnLeft angle Go angle 100 angle angle 60 return 1 第 26 页 共 32 页 第九课时 第九课时 碰撞模块应用碰撞模块应用 1 机器人搭建 如图搭建出碰撞机器人 由两个马达驱动 两个个触碰传感器检测 搭建完机器人后 设置好端口号 如下图 碰撞 端口 3 碰撞 端口 4 马达 端口 2 马达 端口 1 第 27 页 共 32 页 2 程序原理 循环检测两个碰撞传感器的读数 如果前面的传感器碰到障碍 就设置马达使 车子后退一段时间 再向右转一段时间 如果左边的传感器碰到障碍 就设置 马达使车子向右转一段时间 其他情况 车子直走 3 程序例图 程序代码 include include include include int main void unsigned char left 0 unsigned char right 0 unsigned char collision 0 unsigned char left2 0 unsigned char right2 0 while 1 left GetBlack 3 right GetBlack 4 collision GetTouch 5 left2 GetBlack 3 right2 GetBlack 4 if right 220 SetMotor 1 0 50 SetMotor 2 2 20 else if left0 SetMotor 1 2 40 SetMotor 2 2 20 delayms 40 SetMotor 1 0 80 SetMotor 2 0 50 delayms 80 else SetMotor 1 0 20 SetMotor 2 0 20 while 1 if left2 220 SetMotor 2 0 20 delayms 40 SetMotor 1 0 40 SetMotor 1 0 40 delayms 200 SetMotor 1 0 40 SetMotor 1 0 20 delayms 40 SetMotor 1 1 0 SetMotor 2 0 40 delayms 40 SetMotor 1 0 40 SetMotor 1 0 40 delayms 100 SetMotor 1 1 0 SetMotor 1 1 0 第 29 页 共 32 页 return 1 第十课时 第十课时 竞赛程序竞赛程序 1 机器人搭建 如图搭建出红外测距的机器人 由两个马达驱动 两个红外测距传感器检测 搭建完机器人 设置好端口号 入下图 第 30 页 共 32 页 红外 端口 3 红外 端口 4 马达 端口 1 马达 端口 2 2 程序原理 当前方的红外传感器探测到与前方障碍物距离小于 10 的时候 设置马达速度使 机器人向右转 当左边红