校本-教材《机器人》

第一节认识机器人

教学目标：

1、使学生了解机器人的概念

2、让学生知道机器人的根本功能及机器人构成的根本条件

教学内容：

各国科学家对机器人的定义都有所不同，而且随着时代的

变化，机器人的定义也在不断发生变化。

中国的科学家们把机器人定义为：“机器人是一种自动化的

机器，而且其具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能

力、规划能力、动作能力、协同能力等，是一•种具有高度灵活性的自动化机器

机器人的根本的机能

机器人作为一种具备一定智能的自动化机器，有如下3个根本的机能：

L对外界产生作用：人们可以用手拿东西和用脚踢球，我们可称之为动作器官。

2.获取外界信息：动物可以用耳朵听见声音，蜗牛的触须碰到硬物就会收缩，

我们可称之为感应器官。

3,规划作业：从家里到学校通常都有几条路可以到达，同学们却通过大脑及其思维

能力找到最近的一条路，我们可称之为思维器官及其思想。

机器人构成的根本条件

人类是地球上最高级、最聪明的动物，根本条件是因为人类在漫长的进化过程中不但拥

有了复杂的、完美的身体结构，而且还拥有了兴旺的大脑。那么机器人要开展成为优秀

的、高级的机器人也应该具备相应的条件。

（1）条件———机械部件正如人类的身

体需由骨架和肌肉牵引才能完成一定的动

作一样，机器人的身体和动作表现也是由特

定的机械结构组成的。在制作机器人的时

候，我们不仅可以使用课堂上提供的拼装套

件，还可以选取身边随手可得的各种材料作

为机器人的加工原料。例如：木板、金属板、

塑料板、有机玻璃板，还有像螺丝、螺帽那

样的各种各样的五金紧固件。只要我们在日六自由度机械手的手臂是一种动作器官

常生活中留心观察身边的各种机械设备的

动作，例如缝纫机、变速自行车、起重机、

挖土机等等，相信一定能受到良好的启发，从而设

计出能满足我们自己功能需求的机械结构。（2）条

件二——感应和动作电子部件一个真正拥有智能

的机器人通常都需要具备一定的感知能力，具有

感知能力的电子器件我们通常又称之为传感器，

顾名思义，这类器件具备了“传”递“感”应信

息到机器人的大脑的功能。和人的感觉器官

——眼、耳、舌、鼻、皮肤分别对光线、声音、

味道、气味、触碰、气温起感应作用一样，构成

机器人的电子传感器也是按功能分类的，例如光源传感器、声音传感器、气体（煤气、

烟雾）传感器、压力传感器、温度传感器等等；它们的灵敏度和感应范围甚至超越了人

的感知界限，例如电子指南针、红外线传感器等。

因此，在我们设计机器人的时候，应该根据设计的要求，选用适宜的电子传感器件。

(3)条件三一一机器人的大脑

机器人的大脑可称之为

RCU(robotcontrolunit),RCU就好

象一台微型的家用电脑，它可以执行

程序指令，并向具体感应器官动作器官发出

相应的动作信息。

#include"DeIayNs\DeIayNs.c"

器

#include

人

的"SetLedState\SetLedState.c"

大

脑

intmain(void)

(4(

)条while(1)

件(

四

机器人的思想SetLedState(_LED_test_,1);

DeIayNs⑵;

智能机器人尽管具备了以上的感应、动作和

SetLedState(_LED_test_,0);

大脑器官，但它们只是让智能机器人有了个躯壳，

机器人的大脑(RCU)初期是完全空白的，像初生DeIayNs⑵;

的婴儿一样。需要我们用学到的编程知识，按照)

我们的意图编写出特定的程序，灌输给它后才能

return1;

变成真正具备智能的大脑。

机器人对知识的掌握是非常快速的，而当它跟人类一样能够对外界的复杂环境进行

观察、思考、然后做出反响的时候，我们的机器人就拥有真正的智能了。因此，必须学

习编写机器人程序的方法，才能让我们的机器人不但拥有漂亮的躯壳，还能拥有真正的

灵魂。

思考：

1、机器人具有那些根本的机能？

2、机器人构成的根本条件是什么？

第二节机器人的种类及其开展

教学目标：

1、让学生对机器人的种类有一定的认识

2、使学生了解机器人的开展史及其未来开展方向

教学内容：

机器人的种类

机器人的种类很多，分类的方法也非常多，如果按机器人的

用途分，可以把它们分为工业机器人和特种机器人。

工业机港人有搬运上料机器人、喷漆机器人、焊接与切割机器人、装配机落人、最

后工序机器人等。特种机器人有军用或警用机器人、空间机器人、水下机器人、医用机

器人、农业机器人、建筑机器人、效劳机器人和娱乐机器人等。

现在许多国家对学校开展早期的机器人学习非常重视，随之相应的教育机器人也出

现了。积木式机器人以其自由拼装，创意无限的特点而深受同学们欢送。

机器人已成为人类的朋友。目前世界上已有数百万台机器人工作在各自的岗位上，

发挥着巨大的作用。

机器人的开展史

机器人的历史并不算长，1959年美国英格伯格和德沃尔制造出世界上第一台工业机

器人，机器人的历史才真正开始.英格伯格在大学攻读伺服理论,这是一种研究运动机

构如何才能更好地跟踪控制信号的理论.德沃尔曾于1946年创造了一种系统,可以〃重演

〃所记录的机器的运动.1954年，德沃尔又获得可编程机械手专利，这种机械手臂按程序

进行工作,可以根据不同的工作需要编制不同的程序,因此具有通用性和灵活性:英格伯

格和德沃尔都在研究机器人，认为汽车工业最适于用机器人干活，因为是用重型机器进

行工作，生产过程较为固定.1959年,英格伯格和德沃尔联手制造出第一台工业机器人.

这种机器人外形有点像坦克炮塔,基座上有一个大机械臂，大臂可绕轴在基座上转

动，大臂上又伸出一个小机械臂，它相对大臂可以伸出或缩回.小臂顶有一个腕子,可绕

小臂转动,进行俯仰和侧摇.腕子前头是手，即操作器.这个机器人的功能和人手臂功能

相似.它成为世界上第一台真正的实用工业机器人.此后英格伯格和德沃尔成立了〃尤尼

梅逊〃公司，兴办了世界上第一家机器人制造工厂.第一批工业机器人被称为〃尤尼梅特〃,

意思是〃万能自动〃.他们因此被称为机器人之父.1962年美国机械与铸造公司也制造出

工业机器人,称为〃沃尔萨特兰〃,意思是〃万能搬动〃.”尤尼梅特〃和〃沃尔萨特兰〃就成为

世界上最早的，至今仍在使用的工业机器人.

据说文艺复兴时期，既是杰出画家，又是科学家的达.芬奇，曾设计出了一款机器人.

近百年来开展起来的机器人，大致经历了三个成长阶段,也即三个时代.第一代为简单个

体机器人,第二代为群体劳动机器人,第三代为类似人类的智能机器人,它的未来开展方

向是有知觉,有思维,能与人对话.

第一代机器人属于示教再现型，第二代那么具备了感觉能力，第三代机器人是智能

机器人,它不仅具有感觉能力，而且还具有独立判断和行动的能力.英格伯格和德沃尔

制造的工业机器人是第一代机器人,属于示教再现型,即人手把着机械手,把应当完成的

任务做一遍,或者人用〃示教控制盒〃发出指令,让机器人的机械手臂运动,一步步完成它

应当完成的各个动作.

第二代是有感觉的机器人:它们对外界环境有一定感知能力，并具有听觉,视觉,触

觉等功能.机器人工作时,根据感觉器官（传感器）获得的信息,灵活调整自己的工作状态,

保证在适应环境的情况下完成工作.如:有触觉的机械手可轻松自如地抓取鸡蛋,具有嗅

觉的机器人能分辨出不同饮料和酒类.

第三代机器人是智能机器人，它不仅具有感觉能力，而且还具有独立判断和行动的

能力，并具有记忆,推理和决策的能力，因而能够完成更加复杂的动作.中央电脑控制手

教学目标：

让学生清楚积木机器人的硬件组成

教学内容：

在机器人大家族中有一种积木式机器人是我们最亲密的朋友。顾名思义，它的外形

是用积木搭成的，所以它没有固定的外形和功能，它的一举一动是由我们的创意和设计

决定的。

积木式机器人是完全开放式的，它给了我们无限的创意空间。在整个机器人制作过

程中，不但能学习到制作机器人的知识，而且还能形成了合理的思维方式和良好的动手

能力。

在种类繁多的机器人当中，最让人感兴趣的就是仿人机器人了，因为人类是最高级

的动物，能让机器人各项机能到达人类的高度是每一个从事此工作的科学家不断追求

的梦想。

人体外形各项器官根本可划分为动作器官、感觉器官、思维器官三局部，积木式机

器人套件里的模块也是按这三局部划分。动作器官包括：发音模块、红外发射模块、发

光模块、伺服马达模块、马达模块、超级马达模块、风扇模块等。感觉器官包括：黑标

检测模块、红外检测模块、火焰测量模块、环境光测量模块，红外测距模块，触碰检测

模块、触须检测模块、模拟黑标测量模块、差值黑标测量模块、程序选择器模块等。思

维器官叫作RCU,它是机器人的主控制板。

现在我们清楚了机器人的硬件组成，但是具体每个硬件具有什么功能却不太清楚，

可能有些比拟容易理解，但有些却是陌生的。所以对积木式机器人套件里的模块做一个

系统的了解是很有必要的。

思考：

1、你从所收集到的资料中知道机器人能够帮助人类完成什么工作？

2、你会设计一个什么样的机器人来帮你完成某项工作？

第四节主控板及动作器官

教学目标：

了解主控板的构造

让学生认识机器人各个动作模块的含义

掌握创立机器人程序的步骤

掌握参数的设定

教学内容：

一、主控板

主控板能承受5伏到9伏的电压，并且配有多达数十个电子接口，所有的电子接口

均可由同学们自由定义。多种传感器和电子配件在电子接口上可任意搭配，以下是构

造图：

先从左往右看;

第一个是RESET按钮，功能像电脑的重新启动按钮。下载完一个程序后，要使用

该程序时，必须按下此按钮。

第二个是外置电源的接口。

第三个是接电池的电源接口。

我们在电子接口处，可以清晰地看到四个字母。G,V,X,Y

G指的是地线。

V指的是电源。

X,Y都是信号线。

二、动作模块

1、动作模块含义：

动作器官也可以称为动作模块，动作模块使机器人能够模仿人类或动物的某些动

作，并且以模仿的对象为机器人命名，如人形机器人、机器狗、蛇形机器人等等。

2、常用的动作模块

模块名称图标硬件表名称模块功能创意小贴士

.SPEAKER.具有发音功能，音频可调节。想让你的创意更有声

发音模块圣有色？添加它吧。

JRSEND.具有发射红外光功能。利用光的直线传播和

红外发射模反射原理，我们用它来

块实现关于方向指示的

功能也是很不错的！

_LED.具有发光功能，可亮可灭。用来装饰和做指示灯

发光模块都是很不错的。

.SERVO.在0度和180度之间任意选择一个随意角度都能摆

角度定位。动的小玩意，绝对让你

伺服马达模

的创意增加更多的动

块

感！多个连接能增加更

多的变化！

_MOTOR_可以带动物体转动，有前转或带动车轮、带动坦克的

后转选择，从静止到最高速的履带。川不同的速度带

马达模块&

运动过程中有0—6节速度可来不同的变化。

调节。

_MOTOR_功能跟马达模块相同，不同的比普通马达增加了更

超级马达模是静止到最高速的运动过程多的速度调节级别。

块中有0—100节速度可调节，

但二者的最高速是相等的。

JJ_FAN_具有吹风功能，可选择正向转想要模拟自然的风或

风扇模块动、反向转动或静止不转。是风扇？就用它吧！

3、注意点

当使用到马达模块、超级马达模块、伺服马达模块的任何一种时对发音模块会有不

同程度的干扰，有可能导致发音频率不准确，出现几种声音。发音的频率越高，影响越

大。发音频率的建议值：50到1800要停止发音，频率值应设为0

思考

(1)简述发光模块和发音模块各有什么功能？

(2)讲一讲马达模块和超级马达模块有什么区别？

第五节感觉器官和延时模块

教学目标

让学生了解各个传感器的用法

延迟模块具体用途

教学内容

1、感觉器官主要模块

模块名称图标硬件表名称模块功能创意小帖士

_SCABLE_具有寻找黑色并且最简单的黑白颜色分辨

黑标检测模块跟踪黑色的功能。工具！用了它，绝对是黑

白清楚！

_IRRECEIVE_可以将红外光发射能够接收特定的红外光，

空到物体后反射回来甚至是遥控器的红外线。

红外检测模块

r，的光吸收，以此判断

出物体所在位置。

_REMOTEIR_可以测量火焰值，并设计火焰检测等相关创

火焰测量模块酬且判断火焰的所在意时的必备器件！

位置。

.PHOTOSENSITIVE,可以识别并测量环制作智能路灯，检测光线

环境光测量模a境光值，可以判断有亮度，让路灯自行翻开、

块fmn无光线。熄灭的好帮手。

JRDISTANCE.可以测量障碍物的要识别障碍物或是要测

红外测距模块距离。量距离，绝对是不能缺少

它啦！

.TOUCH.可以检测触碰情况，它绝对是检测平面的碰

触碰检测模块发觉是否碰到物体。撞的好工具！甚至你可以

用它作为一个开关呢！

.TENTACLE.可以检测触碰情况，障碍物很锋利无法靠

触须检测模块发觉是否碰到物体。近？就用它吧！

_SCABLEAD_可以测量颜色值。把它运用到检测颜色变

模拟黑标测量

化的创意二有较好的效

模块

果。

_SCABLEDIFF_可以测量颜色值。阳光下测量颜色值是不

差值黑标测量

是很无奈？用它吧！

模块

.SELECTOR.读取拨码开关的内创意比赛环境多变，还是

程序选择器模n容，程序选择器具有准备多个程序比拟好。用

块■从0—10的数值变了它，胜算就大多了。

化功能。

串口模块

接受串口送过来想通过电脑控制机器人

接收字符第的数据。或是送点信息给机器

人？接上它吧。

通过串口发送的机器人的内部信息可以

发送字符数据。通过它不断的送到电脑

上哦！

2、延迟模块

模块图标硬件表名称模块功能创意小帖士

名称

1/100DELAYCENT定时1/100要想看清连续的动作就要参加延

LS秒时模块，数清楚地上的黑线更离不

11400s

开延时模块。

1/1()DELAY定时1/10

TENTH秒

I1Z1M

S何DELAYNS定时秒数

系统SYSTEMTIME设置或获不但可以让某个动作持续还可以在

时钟取系统时这一过程中处理突发事件。

钟

3、注意点

系统时钟就相当于一个手表，可以调整当前的时间，查看当前的时间。

延时模块与系统时钟的功能比拟：

延时模块：在延时的过程中不可以做其他事情；

系统时钟：不但可以实现延时功能，而且在延时的过程中可以处理其他事情。

思考：

1、讲一讲触碰检测模块和触须检测模块在应用上有什么区别？

2、讲一讲黑标检测模块，红外测距和火焰测量模块各有什么功能？

3、延时模块和系统时钟有什么区别？

第六节传输思想的工具〔RoboEXP)

教学目标

1、认识机器人编程软件，让学生把想法通过RoboEXP软件表现出来

2、初步认识RoboEXP的界面及其主要功能模块

教学内容

1、RoboEXP又叫机器人快车，RoboEXP就好比学校里的老师，在课堂上老师会

把正确的思想品德、丰富的自然科学传授给学生，而RoboEXP那么把思考方式灌输给

机器人，让它在遇到各种情况时自主思考、自行判断、自己做出动作。

2.主窗体界面

每一个界面的用途如下：

2、应用程序编辑界面

拖放图标是机器人快车可视化编程的根底，我们的编程思想就是通过流程图来表

现。而流程图主要表现为图标、图标间的连线和参数设置。我们可以从模块库中拖动各

类图标到编程区，然后用线把编程区里的图标按照一定的逻辑顺序连起来，以此实现自

己的编程思想。代码区将显示与编程区中已连线图标对应的C语言代码。

3、机器人快车工具栏说明

机器人快车的工具栏共包含11个快捷按键，其说明如下表:

快捷键图标说明

新建D与菜单栏中“文件”主菜单下的“新建”子菜单的功能一致。

翻开居与菜单栏中“文件主菜单下的“翻开‘‘子菜单的功能一致。

保存Q与菜单栏中“文件”主菜单下的“保存”子菜单的功能一致。

复制电与菜单栏中“编辑”主菜单下的“复制”子菜单的功能一致。

粘贴与菜单栏中“编辑”主菜单下的“粘贴”子菜单的功能一致。

删除X与菜单栏中“编辑”主菜单下的“删除”子菜单的功能一致。

添加线■与菜单栏中“编辑”主菜单下的“添加线”子菜单的功能一致。

定义变量及与菜单栏中“编辑”主菜单下的“定义变量”子菜单的功能一

致。

编辑模块与菜单栏中“工具”主菜单下的“编辑模块”子菜单的功能一

致。

编译席与菜单栏中“工具”主菜单下的“编译”子菜单的功能一致。

下载与菜单栏中“工具''主菜单下的“下载”子菜单的功能一致。

思考：

1、流程控制中IF/WHILE,FOR等语句与信息技术学的VB语言相通否？

第七节编程的根本流程

教学目标：

让学生掌握如何给机器人思想。

教学内容：

1、应用程序的建立。

2、如何定义硬件信息。

3、如何编写机器人程序。

4、机器人程序的编谙、下载。

5、如何调试与运行程序。

机器人原来是没有思想的，它需要我们人类给它思想。我们编写程序，然后把程序

送到机器人的大脑中，这样机器人就具有自己的思维。

我们无论做什么事情都必须要具有一定的思路、方法。我们给机器人编程的根本流

程是：

下面我们按照上面所讲/新建应用程序呆习编写机器人的思想!

1、新建应用程序:

一般我们把每一个定义硬件信息一个应用程序。下面就介绍一下如何新建一个

应用程序的步骤。-------j口心

翻开RoboEXP机器人快车4件，诜择,“文件”菜单下的“新建”，弹出如下对话框,

然后选择“applCdtion编写程序后为我们自己新建的程序起个名字：如下列

图的“lesf”：

按彳试按钮后।i文祥牖新建了应用程序。

2、定义旗案打I：编译、下载

新建败用

程序后应用程序增加硬件，这样程序才能按你实际中

的控制。硬件宿息中需要定义的是硬件所安装的接口和它的名字。

搭建的硬件正确

在刚刚的9调试、运行产“工具”菜单下的“硬件信息”，强出如下

对话框，我们就以增加反用择LED

按“添加硬件实例”按钮，：曹索坟对话框，在名称框中输入你要命名的硬件名字,

现我们命为“1”吧，如下-i,一J话框的RCU图中，“1“对应你这个模块要插入的

接口位置单击就可以了再按上图对话框的“确定”按钮，这样发光

完成

模块“_LED」_"就添

注：不同的硬件结构有不同的硬件设置位置。但根本方法都是相同的！

3、编写机器人程序：

现在我们就可以编写程序了，在编写程序之前，一般要先思考，你要写什么程序，

这个程序怎么写。好了后，你只要拖动图标，把你的想法用图标连起来就可以了。如下

列图，拖动发光模块到编程区，并连线。

双击发光模块的图标，会弹出模块设置的对话框，设定好，如下列图：

图3-1

按“确定”按钮后，这就是一个可以让发光模块亮的程序：

4、编译、下载：

程序编写好后，我们就要把这个我们能识别的程序编译成RCU能识别的程序，选

择“工具”菜单下的“编译”，这样就编译好了。如下列图：

编译好后的程序，我们要下载到机器人的大脑里里，传给机器人思想。用串口通信

线将电脑和机器人连起来，选择“工具”菜单下的“下载”，如上图，然后翻开机器人

电源开关。

5、调试运行：

下载程序后，现在要做的就是调试运行了。把机器人电源关闭后，再翻开，机器人

就会按程序的在思想运动了。如果你觉得并没有按你的想法运动的话，那么你就要重新

检查你的程序，再编译下载到机器人中，直到你觉得满意了为止。

第八节模块的含义

教学目标：

1、认识模块。

2、了解模块的使用方法。

教学内容：

在机器人程序中，有一个名字会经常出现，那就是模块了。在说模块前，我们先看

看房子是怎么搭成的？由各种砖头，瓦片等了，我们可以把砖头、瓦片等这些称为模块,

那么房子就是由这些模块搭建成的。在我们编机器人程序时，也是由模块搭成的。

不同的模块有不同的用途，只有学好这些模块了，你才能做到随心所欲。在机器人

快车中，每个模块都有“人口”和“出口”，如下列图：我们通常是使用连线把这些模

块串连起来的。只要你按照想法把它们串起来，然后双击模块图标，设定模块的属性，

例如上节的简单例子，这样就成了机器人的程序。

一、图标的拖放

图标拖放是编程中一个很根本的操作之一，首先跟大家说说拖放的操作，抱放是选

定图标，然后按住鼠标左键不放，拖图标动到你要放置的位置，然后松开鼠标左键。图

标拖放可分为两种：

1、模块引用的拖放。

在编程时，我们要用到模块中的模块，那么我们怎么样调用呢？我们在机器人快车

左边的模块库中，选定要用的图标，然后拖放到编程区。如下列图：

2、编程区中模块的拖放。

在编程时，我们通常要改变模块图标的位置，这时我们只要拖放图标就可以了。

二、连线操作

线的操作在图形化编程中最常用了，因为各模块之间就是通过线串起来的。在编程

K,图标必须与主程序图标连起来才起作用，因为程序执行时是从主程序那里开始的，

然后顺着连线执行下去。

如下左图所示，我们要把“Main”图标和马达图标连接起来。首先把鼠标指针移到

“Main”图标上，再把鼠标指针移到“Main”图标右测绿色的出口（此时鼠标指针变成

画笔的形状）。用鼠标点击图标绿色的出口后，鼠标指针变成十字形状（说明正处于画

线状态，只需点击流程图编程区的空白位置就能回复正常状态）。

然后再把鼠标移到马达图标上，点击红色马达图标的入口，如上右图。这样就实现

了在“Main”图标和马达图标之间的连线。如下列图：

第九节实例教学：百变积木式机器人

［教学内容］:

安装马达模块、制作马达行进的程序

由于积木式机器人本身具备了完全开放、无限创意的特点，它的零部件的种类也非

常繁多。而且各个部件的功能各异，只要灵活搭配就可以制作出功能强大的机器人。本

章所提到的功能只是积木式机器人最根本的功能。希望能对大家