能力风暴机器人仿真系统备课教案

1、听“懂”主人的语言， 人。现在，机器人经过 语言，并灵活地走动。 具有记忆、学习、思维 人。具有更丰富的感觉功能 到、态度和蔼可亲的家 用吸尘器清的房间，用 马上拿起耳机，在一张 了，它又像慈祥的母亲 优美动听的催眠曲，把 而首先问来访者是谁， 人，以此决定是否开门。 地高喊：“快走，你这第一课教学机器人一、教学目标帮助学生了解机器人的由来二、重点难点使学生理解机器人是靠什么来思考，机器人的部分三、教学过程：第一课时机器人的故事新课导入“robot ” 一词源出自捷克语“ robota : 意为“强迫劳动”。1920年捷克斯洛伐克作家萨佩克 写了一个名为洛桑万能机器人公司的剧本，他把在洛桑万能

2、机器人公司生产劳动的那些家伙取名“Robot”，汉语音译为“罗伯特”，捷克语意为“奴隶”一一萨佩克把机器人的地位确定为只管埋头干活、任由人类压榨的奴隶，它们存在的价值只是服务于人类。它们没有思维能力，不能思考，只是类似人的机器，很能干，以便使人摆脱劳作。它们能生存20年，刚生产出来时由人教它们知识。 它 们不能思考，也有感情，一个人能干三个人的活，公司为此生意兴隆。后来一个极其偶然的原因，机器人开始有了知觉，它们不堪忍受人类的统治，做人类的奴隶，于是，机器人向人类发动攻击，最后 彻底毁灭了人类。“机器人”的名字也正式由此而生。新课讲授第一代机器人只能用手抓取东西，用脚行走， 做一些重复性的机械

3、动作。人们把它称为工业机器 好几代的更新改造，已经能和人们自由交谈，沟通 也就是说，它不仅有了听觉、视觉、触觉，而且还 和判断能力。人们把新一代的机器人称为智能机器明天的高级智能机器人将比今天的智能机器人 和更熟练的活动能力。到那时，家庭里将有服务周 庭机器人。早晨，主人吃过早点上班以后，它立即 洗衣机洗涤（d f）主人换下的衣服。电话铃响了，它 便条上记下对话内容。“哇一一”摇篮里的婴儿醒 一样抱起婴儿，喂水、喂奶，轻声哼（he ng）起一支婴儿再一次送入梦乡。 门铃响了，它并不急于开门， 然后根据来访者的声音仔细辨别他是不是主人的客 即使是盗贼的恐吓，它也不会害怕，而是声色俱厉 个无赖（1

4、 ai）!再不走，我要报警了 ！”盗贼听到这喊声，只好胆战心惊地走开。做午餐的铃声响了,它走进厨房，熟练地烤面包、炸牛排，为主人准备可口的饭菜。门铃又响了，一听那熟悉的声音，它就知道是主人下班回来了，马上开门迎接对于一些不适宜人类从事的劳动，比如高温、高压、有毒的作业，机器人更可以大显身手。机器人还能代替人们进行飞机试飞、高速舰船试航、深海勘(kan)查、扑灭烈火等活动，而不必再由人们去冒险。第二课时认识我们的朋友能力风暴、教学目标帮助学生了解vjc 机器人的组成部件及工作原理二、重点难点使学生了解机器人基本的工作原理 三、教学过程: 新课导入2001年4月22日，美国三一学院武士廷体育馆(

5、Oosting Gymnasiumj)即热闹又紧张，一场激 烈的“国际机器人灭火比赛( Fire Fighting Home Robot Contest )正在这里举行。上午 11时, 中学组的比赛格外激烈，上海西南位育中学杜尔斌名为“中国风暴”的机器人，首轮比赛以六秒钟 的成绩将一只蜡烛模拟的大火扑灭，令世界其它国家的队员感到惊讶。而其他三名来自中国大陆的 参赛者(其中最小的一位仅 11岁)，也个个灵活机智、沉着应战，最后都获得了非常好的成绩。杜 尔斌在第一轮失利后，冷静调整控制程序，最后以 2.9秒的成绩，得到高中组冠军。同时上海明珠 中学的周觅源与李般若的“灭火娃娃”则以 22.56秒的

6、成绩获得初中组第一名；上海第二高级中学的顾成哲在指导老师不能陪同前来的情况下，孤军作战，指挥“UFO,以95.62秒的成绩获得了该组第二名，令年龄比他大，个头比他高的洋哥哥与洋姐姐们甘拜下风。这是去年在 器人灭火比赛的 用的机器人平台 专家研制的能力 这种全球领先的 虎添翼。新课讲授：机器人是靠 通常我们说电脑 下棋，会唱歌， 会的各个领域充美国举行的世界机 情形，中国学生采 是广茂达的机器人 风暴智能机器人， 平台使中国学生如器人“思考”同电脑“思考”的道理是一样的，在它的体内有一个简化的“电脑”什么来思考呢？ 是会思考的，它会 它越来越多的在社 当人的角色。而机 ,这个“电脑”控制着机器人

7、的一举一动。其实电脑以及机器人它们并不会什么真正意义上的思考，他们的思考能力 完全来自于程序。程序是由一些指令组成的，它告诉机器人应该在什么时侯干什么。程序是由特定 的编程工具生成的，我们最常见的VG VB都是一种编程工具，编程工具的优劣决定着程序的好坏,而程序的好坏又影响着机器人的智能程度，因此一个好的编程工具对于机器人是否聪明起着极其重 要的作用。SVJC又叫能力风暴智能机器人仿真系统，它是为能力风暴定制的编程工具。如下图所示图1-1主界面SVJC采用直观的流程图编程，能够让用户在编写机器人程序中快捷的发挥出惊人的创造力。并且SVJC操作简便，有活泼明快的图案和简短的文字说明，用户点击移动

8、能力风暴智能机器人专用的图形模块由顶向下搭建流程图，搭建流程图的同时，动态生成无语法错误的JC代码。流程图搭建完毕，程序也就编写完成。SVJC还拥有一个功能强大的系统仿真模块，可以创建和真实的能力风暴功能相当的虚拟能力 风暴智能机器人，这样就可以在不必涉及硬件的情况下进行编程，可以在计算机上完成对比赛场景 的模拟以及对所编写的程序的演示，系统仿真模块如下图。系统仿真顾名思义就是将实际的活动或过程来利用计算机等技术进行模拟和实现，是一种模型方法 研究的学科，其应用涵盖社会各个领域，主要通过仿真软件来体现的。它充分吸收了仿真方法学、计算机、网络、图形、图象、多媒体、软件工程、自动控制、人工智能和系

9、统工程领域的新成 果，从而获得了飞速发展。图1-3是能力风图1-2系统仿真界面暴系统仿真在模拟一个能力风暴机器人的简单运动，圆的东 西是能力风暴机器人，它正在一个平坦的地面上行驶，前面是一个长条型的障碍物。可以看到能力 风暴机器人在以固定的速度奔跑着，在遇到障碍物时减速然后向一边转弯。整个过程的表现与在现 实条件下的过程几乎一模一样，这就是我们所说的仿真，它将现实中的能力风暴机器人用软件中虚 拟的机器人所代替，当然这个虚拟的能力风暴机器人也具有现实中机器人的大部分主要的特性如红外传感器、碰撞传感器以及按一定的速度跑动等。同时也将现实形代替，现实中的 块黑色的活动区。部位的控制部件是 主板，如图

10、所示， 组成，跟人的大脑 制“肌体”运动时, 理信息、发出指令 风暴的大脑有记忆 上的内存来实现， 判断、决断功能则 共同完成。来说非常重要，比中障碍物用一个长方 地面就是屏幕中间那位于能力风暴“心脏” 能力风暴的大脑一一 它由很多电子元器件 一环境界面样，它在控 要完成接收信息、处 等一系列过程。能力 功能，这主要由主板 至于“大脑”的分析、 由主板上的众多芯片感觉器官对于人 如人的眼睛、耳朵、皮肤等，如果没有的这些感觉器官人将变为一个废物。同样能力风暴机器人的 感觉器官也是用来同环境进行交流的，他们大多是一些被称之为传感器的东西，如下图，能力风暴以下4种：一能力风暴 机器人的皮器人通常情况

11、下都是 在它的正面下部放了 的是4个，因为能力 型号，这里我们介绍 列），分别在正前方、 后方也放置一个碰撞 件的发生，确保能力上常用到的传感器有1 .碰撞传感器图1 3仿真 肤因为能力风暴机 向前走动，所以我们 3个碰撞传感器（有 风暴机器人有不同的 的是AS Infom 系 左前方和右前方，在 块是为了防止意外事 风暴机器人的正常活动。局部放大地面检测 传感器左碰撞按钮右碰撞按钮在看见前方的障碍物后， 通知“大管，看图14就可以发 射管位于红外接收管的图14能力风暴的传感器2 .红外传感器一能力风暴机器人的眼睛能力风暴机器人的“眼睛”一一红外传感器能够和人眼一样, 脑”然后避开。红外传感器

12、共包含两种器件：红外发射管和红外接收 现红外接收管位于能力风暴机器人的正前方，两只红外发 两侧，他们共同组成了能力风暴机器人的“眼睛”。碍 物图1 5红外传感器原理图如图1-5红外发射管发出红外线，红外线在遇到障碍后被反射回来，红外接收管接收到被反 射回来的红外线以后，发出电信号给能力风暴的“大脑”！这样机器人就“看见”东西了。人的眼睛有时发现不了太小、太近或太远的东西，这是因为人眼是有一定的可视范围的，能力风暴机器人的“眼睛”也一样。能力风暴机器人的“眼睛”的能够看到前方10cm 80cm , 90。范围内的比210mmx150mrffi积大的障碍物，如果障碍物太小太细、或者在它的可视范围以

13、外，它可就 没法看到了。在能力风暴机器人的可视范围内，它的可视距离是可以调整的。3 .地面探测传感器一能力风暴机器人的第三只眼睛能力风暴机器人还有第三只眼睛，如果说前两只眼睛起到探知外界环境以躲避外界障碍的作 用，那么这第三只眼睛就是利用外界（地面）环境提供的不同信息（亮度），按照您的指示（如：沿地面上黑色线条前进），执行相应的动作。地面检测传感器可以探测到地面各个位置的不同颜色和不同亮度，它由一个发光管和一个光敏电阻组成。我们以黑白两种颜色的地面为例，能力风暴在进行地面检测时，首先由发光管发出光线，然后 光敏电阻就可以检测地面反射回来的光线的强度，我们知道黑、白两种颜色反射光的能力不一样，

14、白色地面反射的光线多，而黑色地面反射的光线少，这样当光敏电阻检测到反射光的强弱时就将信 息发回给“大脑”，大脑就可以根据这个信息判断出检测到的地面是黑色的还是白色的，机器人就可以沿着地面上黑色的线条前进了。4 .光敏传感器一能力风暴机器人的感光细胞和人一样，能力风暴机器人也能够知道它所处环境范围内光线的强弱，它的感光细胞一一光敏 传感器是由两个光敏电阻组成，它位于机器人的正前方。光敏传感器将光线的强度转变成可以表示的数字，这 判断周围光 敏传感器的 环境光线的 光敏传感器 100,则可以模拟最转撞为数字呈样能力风暴就可以 线的强度。通常光 返回的数值与周围 强度成反比，比如 返回的值为152和

15、 知道返回152所在的环境要比返回100所在的环境暗。右眼左如说话、行走、眨眼分所示，能力风暴机能力风暴机器人活动器官是执行具体功能等时所要用到的部件，如图1 6能力风暴执行部 器人的执行部分共有以下五种：扬声器图1 6能力风暴活动器官1 .扬声器一能力风暴机器人的嘴远古的人类最先通过手势来表达自己的情感、意愿，当“语言”通过声音这种形式表达出来后，交流变得如此简单。能力风暴机器人也可以说话，它的嘴就是扬声器。当然现在还不能让能力风暴机器人的嘴讲“人话”，扬声器只能发出一定频率的声音，比如音乐和旋律等。2 . LCDH能力风暴机器人的特殊表达方式人类会因为各种原因发不出声音来，不能通过声音语言

16、来交流，这时候我们会借助手势或是文字来交流，能力风暴机器人则利用一种特殊的表达方式来表达自己，这种方式就是液晶显示屏，简 称LCD能力风暴机器人上的 LCD显示可以显示除中文外的各种字符，这样它就可以跟你交流起来，告诉你它遇到了什么，正在做什么或是想干什么？别小看这些信息，在你调试程序时它们非常有用。3 .轮子一能力风暴机器人的脚能力风暴的轮子一共有四只，两只主动轮，两只从动轮，主动轮带动整个能力风暴机器人运动， 从动轮起到平衡和导向的作用，在四只轮子的共同配合下能力风暴机器人能够完成向前直走，向后 倒退，左转，右转，原地打转等这些平地上的技术动作。4 .直流电机一能力风暴机器人的肌肉在能力风

17、暴机器人上有两个直流电机，它在机器人轮子的上部， 它可以将电池提供的电能转化为动能，让机器人可以利用电能动起来。直流电机通过调节不同的速度，可以实现机器人随心所欲 的走快和走慢。5 .眼睛一能力风暴的表达情绪的窗口在能力风暴机器人运行时，这对眼睛可以发光，根据您的要求作出各种不同颜色的变幻效果。A、虚拟能力风暴的“大脑”虚拟的能力风暴只不过是一个软件虚拟的东西，所以它的大脑就是计算机本身，计算机的一切资源和智慧它都可以用。它的思考的能力来自程序，因此你为虚拟能力风暴编制的程序将决定它是否聪明。B、虚拟能力风暴的感觉器官1、碰撞传感器一虚拟能力风暴机器人的皮肤亚撞检测51虚拟能力风暴机器人的虚拟

18、碰撞传感器具备了真实能力风暴的相同的碰撞检测功能，可以检测 前、后、左、右的碰撞。在SVJC中碰撞检测是通过模块实现的。在仿真环境中障碍物是如下图方式产生的，虚拟能力风暴也只能检测到由这些长方形和圆形构 成的障碍物。6 .红外传感器一虚拟能力风暴机器人的眼睛虚拟能力风暴机器人的“眼睛” 和真实能力风暴的“眼睛” 一样，能看见前、左、右的障碍物。视范围，可以通过调节两 虚拟机器人看的范围和清.是通过订甥i偃模块实现的。“眼睛”虚拟能力风暴如同样它也有一定的可 只眼睛的可视范围来增加晰度。在SVJC中红外检测在仿真环境中带有 下图所示：虚拟能力风暴有2只红外传感器：每只探测距离10厘米一80厘米；

19、探测角度602、地面探测传感器一虚拟能力风暴机器人的第三只眼睛虚拟能力风暴机器的虚拟地面探测传感器，虽然还没有真实的能力风暴的探测的地面条件范围,系统默认的是黑色广，但功能也很强大。在SVJC中地面检测是通过地雌例模块实现的。虚拟能力风暴机器人的虚拟地面探测传感器可以探测彩色色带构成的地面地面，地面的添加如下图，点击“添加图带”选项后面的“矩形”和“圆形”即可添加矩形或圆形 地面。虚拟能力风暴有1只地面传感器：探测范围0255（0为白色、3、光敏传感器一虚拟能力风暴机器人的感光器官255为黑色）和真实能力风暴一样，虚拟能力风暴机器人也能够知道它所处环境范围内光线的强弱，它的感 光器官一一虚拟光

20、敏传感器，虽然看不到，但也位于虚拟能力风暴机器人的正前方。在SVJC中光线茫的检测是通过 公测模块实现的。虚拟光敏传感器能够探测光线，它探测到光线强弱的值不仅可以用作判断的变量，而且也可以在虚拟LCD上显示出来。虚拟能力风暴有2只光敏传感器，探测范围 0255 （0为高亮区域、255为无光区域）。B、虚拟能力风暴的活动器官1、扬声器一虚拟能力风暴机器人的嘴虚拟能力风暴用的是电脑的扬声器，与真实的能力风暴的差不多，但声音动听的多。2、LCD-虚拟能力风暴机器人的特殊表达方式虚拟能力风暴拥有与真实能力风暴功能完全相同的虚拟LCD,虚拟LCD如下图所示。虚拟能力风暴机器人上的 LCD显示也可以显示除

21、中文外的各种字符，可以更方便的跟你交流。 可以显示你所要显示的信息，可以显示变量的值等。3、虚拟能力风暴机器人的脚虚拟能力风暴完全可以模拟真实的能力风暴的各种跑动。能够完成向前直走，向后转弯，左转,右转，原地打转这些平地上的动作；而且同样可以实现快走慢走的变速功能，随心所欲。4、眼睛一虚拟能力风暴迷人的眼睛与真实能力风暴机器人一样，在运动时这对眼睛可以发光，可以根据您的程序作出各种变幻效 果！由艮：右眼:三、课堂练习：你能说出真实能力风暴和虚拟能力风暴的区别吗？分别说出虚拟能力风暴的“眼”、“嘴”、“脚”等功能在程序中是由那些程序模块实现的？四、教后记：人类已进入信息时代，以计算机和机器人为核

22、心的现代信息技术的不断发展，正在越来越深刻地改变着我们的生活、工作和学习方式。信息技术教师的任务是成为学生学 习的促进者和指导者，帮助学生掌握运用信息技术资源的本领第二课认识SVJC一、教学目标帮助学生了解vjc的系统界面教会学生使用 “直行”和“转向”两个程序模块二、重点难点使学生了解“程序”的概念三、教学过程：第一课时简介绍SVJC的运行环境新课导入教师简单介绍SVJC运行环境软件环境：能力风暴仿真系统 SVJC适合在 Windows98、Windows ME Windows NT workstation 、Windows NT server、Windows 2000 Profession

23、al、Windows 2000 Server、Windows 2000 advanced server、 Windows Xp等操作系统中使用。硬件环境：对于能力风暴仿真系统，PC机、小型机、工作站、服务器等，它们的内存应在64M以上。新课讲授一个小例子卜面我们来举一个例子说明能力风暴仿真系统SVJC的用法。A、打开SVJC,编辑界面如图所示，在工具栏上点击“新建”按纽建立一个新的工程;, B、选择左边的“转向”模块将其拖到右边的编辑界面，放在“主程序”模块的下 图21新建 方，如图所示；注意在“主程序”模块和“转向”模块之间会有一个箭头连接，如果没有说明“转向”模块无效。如果是这样你用鼠标左

24、键点一下“转向”模块即可 选中并拖动，放在“主程序”模块的下面，直到“主程序”和“转向”模块之间出现一个连接的箭 头即可。图22转向C、鼠标在“转向”模块上点击右键将出现下面窗口；这里可以设置机器人转向的一些参数，“速度”是设置机器人转向的速度，“左转”和“右转”是设置机器人转向的方向，如下图则是使机器人以速 度80向右转；“时间”是设置机器人转向动作的持续时间，以秒为单位；下图设置是使机器人以速 度80向右转5秒钟。设置好后点击“确定”按纽退出模块设置界面。图23设置转向模块D、在菜单的“工具”栏中找到“仿真当前程序（S）”并单击。工具（D窗口（地帮助也当前程序（学仿真流程图文件设置选项9）

25、图2 4进入仿真系统E、将会出现下面界面，这是进入仿真环境初始界面，这里我们选择“新建环境”-且见里里T图25新建环境文件F、进入仿真界面，左下角的虚拟能力风暴机器人上单击鼠标左键，将虚拟机器人拖动到如图所示 的地方再单击一下鼠标左键则可将虚拟机器人放在鼠标现在所载的位置。机器人在放下后将按照程 序执行，将向右旋转 5秒种。图26虚拟能力风暴G、点击界面左上角的“退出”按纽将退出仿真环境。第二课时认识程序编辑界面选择编写流程图程序，就进入流程图编程界面如图所示。它由这样几个部分组成的：菜单栏、 工具栏、模块库（包括执行器、传感器、控制、程序模块库）、垃圾箱、流程图生成区。图2-7流程图编程界面

26、新建N 打井g,. 保存 另存为的）箱出K程序关闭g项。A、菜单栏菜单栏中包含了各种功能操作文件：“新建”、“打开”、“保存”、“关闭”这些都是对文档最基本的操作；输出JC程序：这项功能我们不作为本书的介绍内容，有兴趣的同学可以查阅能力风暴机器人交互式开发语言JC的相关资料;关闭：是退出SVJG辑:主程序（生 新建子程序（由 册除当前子程序也在编写复杂程序的过程中， 删除子程序就为编程带来了便利。经常会用到多个子程序服务于一个主程序，而编辑菜单中的主程序、视图:4工具栏（I）5状态栏 显示K代蚂/流程图背景连接指示（出工具栏：可以隐藏、显示SVJC界面中的状态栏：隐藏和显示状态栏；本书的介绍内

27、容，有兴趣的同学可以查JC的相关资料；放犬流程圉 缩小流程图（Q） 全图缩放连接指示：可以在流程图生成区各个模块的可连接位置显示 连接的技巧；工具条；显示JC代码：这项功能我们不作为 阅能力风暴机器人交互式开发语言/隐藏指示红点，帮助初学者掌握模块流程图背景：可为“流程图生成区”更换背景；通过“放大”、“缩小流程图”、“自动缩放”来调整流程图显示大小。工具:仿真当前程序：是进入仿真环境对当前程序进行仿真;是进入仿真环境选择对从前的程序进行仿真；设置选项：设置系统当前的路径等。仿夏当前程序仿耳流程图文件（日仿真流程图程序：B、工具栏，工具栏各个按纽的作用在菜单栏里已经介绍，这里就不再罗嗦。|新建打开保存仿真主程序缩小放大自动帮助缩放C、模块库区四类模块库的模块是构造 SVJC程序的基本元素。执行器模埃库 叫:r| 直行转向启动电机停止电机显示设置眼睛哥四 源卓过菖楙搬块库电0多次循环永颁环。|良条件繇条件蝴SfflS图2 8模块库D、流程图程序生成区SVJC中间最大一个窗口就是流程图生成区，左侧的模块库区的模块可以移入到这个区域连接生成机器人流程图程序。连接好的模块会连接成为一个整体，可以一起移动，当然也可以用鼠标断开 模块之间的连接。E、垃圾箱在编程的过程中，可以模块移入到“垃圾箱”处，并点击一下“垃圾箱”即可删除此模块。认识仿真环境界面A在SV