2019-2020年蘇科版小學信息技術《第18課 學生機器人跳舞》教案（選修）.doc

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2019-2020年蘇科版小學信息技術《第18課 學生機 器人跳舞》教案（選修） ［教學目的與要求］ 1.認識伺服電機，了解伺服電機的組成結構。 2.了解伺服電機的工作原理。 3.學會編寫控制伺服電機的程序。 4.以學生自主探究、合作學習為主，逐步培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性思維能力、探索精神。 5.讓學生在解決問題的過程中體會成功的快樂。 6.利用所學的機器人知識解決現實生活中的應用問題。 ［課時安排］ 建議安排1課時。 ［教學重點與難點］ 1.重點：學會編寫控制伺服電機的程序。 2.難點：計數循環(huán)控件的設置，學會編寫控制伺服電機的程序。 ［教材分析與教法建議］ 1．教材的地位與作用 本課的重點是學習機器人的伺服電機的轉角設置?？梢韵茸寣W生觀察伺服電機的物理結構，讓學生了解伺服電機的工作原理，并比較與直流電機有什么不同之處。 本課介紹了計數循環(huán)控件，教師要向學生講解計數循環(huán)控件的作用，并提醒學生注意它有兩個圖標，中間的程序會按照計數循環(huán)控件設置的次數重復執(zhí)行。伺服電機是按照角度進行旋轉的，最大的值為180度。 在新授內容之后，可以安排學生將前面所學的直流電機知識結合起來，讓學生編寫邊行走邊跳舞的機器人程序。 2．教學方法指導 本課可以采用自主學習探究法、任務驅動法，強調學生的合作學習。 ［參考資料］ 伺服電機是一種能根據指令到達特定位置的專用電機。伺服電機由一個直流電機、一個齒輪減速單元、一個軸位置傳感器和一套控制電機運轉的電路組成?！八欧币辉~本身是指系統(tǒng)自身調節(jié)其行為能力，也就是說，系統(tǒng)在響應控制信號時，能夠檢測自身位置并補償外加的負載。 伺服電機 伺服電機主要用在定位控制方面，因此它們輸出軸的行程往往限制在180左右。伺服電機的輸入信號是控制輸出軸到達期望角位移的一串波形。伺服電路的功能是測量當前位置并確定它與期望位置的差異。如果有差異存在，伺服電路就會驅動伺服電機使輸出軸達到期望位置。下圖所示為伺服電機的工作原理。 伺服電機工作原理圖 伺服電機接收一個代表輸出軸期望位置的輸入信號。伺服控制電路將輸入信號與代表輸出軸實際位置的反饋信號進行比較，并得到一個“誤差”信號去控制電機驅動電路驅動電機。伺服電機上都有一個內置的齒輪減速器，它的輸出才是電機的最終輸出。位置傳感器返回代表實際位置的反饋信號。 伺服控制信號 我們的伺服電機采用標準的三線接口，包括電源線、地線和控制線?？刂凭€采用PWM機制對位置信號進行編碼。伺服PWM不同于DC齒輪減速電機的速度控制PWM。在速度控制PWM方法中，占空比（即“ON時間”所占的百分比）決定了電機的速度。而在伺服PWM機制中，脈寬的寬度只代表一個特定的控制值。 下圖所示為三種控制伺服電機的PWM波形。波形寬度范圍從920us到2120us不等。每種脈沖的時間寬度對應于伺服電機將要達到的特定角位移。例如，中間波形的脈沖寬度為1520us，它代表伺服電機行程范圍的中間位置。 伺服電機脈沖寬度定位波形 正脈沖的寬度決定了伺服電機的期望位置。對于我們使用的伺服電機有效的脈沖寬度范圍從920us到2120us，行程中間位置對應的脈沖寬度為1520us。 附送： 2019-2020年蘇科版小學信息技術《第19課 學生機 器人比賽》教案（選修） ［教學目的與要求］ 1.了解沿線追蹤比賽的規(guī)則。 2.了解灰度傳感器的工作原理。 3.學會在系統(tǒng)設置中添加灰度傳感器，學會設置灰度傳感器。 4.學會設置單分支控制控件。 5.以自主探究學習、合作學習的方式，掌握編寫機器人沿軌跡線行走的程序。 6．逐步培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性思維能力、探索精神。 7.讓學生在解決問題的過程中體會成功的快樂。 8.利用所學的機器人知識解決現實生活中的應用問題。 ［課時安排］ 建議安排1課時。 ［教學重點與難點］ 學會在系統(tǒng)設置中添加灰度傳感器，學會設置灰度傳感器，學會編程機器人沿軌跡線行走的程序，學會設置單分支控制控件。 ［教材分析與教法建議］ 1．教材的地位與作用 本課涉的內容較多，難度較深，是一節(jié)綜合性較強的課。首先讓學生了解灰度傳感器的工作原理，進而設計沿軌跡線行走的程序。讓學生明白機器人是怎樣知道自己是往左偏還是往右的偏的。當機器人偏左或偏右時，提醒學生解決的方法是控制直流電機的轉彎程序。機器人在運行過程中由于慣性會沖出軌跡線，在程序中設置變量max來標志機器人是從左偏出還是從右偏出，然后強行讓機器人左轉彎或右轉彎。 可以通過學生合作學習的方法，一起來討論機器人在沿軌跡線行走時遇到問題的解決方案。在調試的過程中，讓學生明白相同的程序對于不同的機器人，其執(zhí)行的過程也不一樣，要調試出符合自己需要的機器人程序。 教材中對“編寫程序”中的第二步“測量場地和軌跡線的感光值”只是一筆帶過，教師應說明測量場地和軌跡線的感光值的作用，并演示如何進行測量，使學生對于本課知識有更系統(tǒng)的認識。 2、教學方法指導 本課可以采用自主探究法、任務驅動法組織教學。 ［參考資料］ 灰度傳感器主要用來檢測地面的顏色深淺，根據光敏電阻對不同顏色的檢測面對光的反射程度不同則其阻值變化的原理進行檢測。它由一只發(fā)光二極管和一只光敏電阻安裝在同一面上，在有效的檢測距離內，發(fā)光二極管發(fā)出光照射在檢測面上，通過檢測面反射回來，落在光敏二極管上，由于照射在它上面的光線強弱的影響，在反射光線很弱（即檢測面為深色）時，光敏二極管的阻值很大，一般為幾KΩ～幾百KΩ；在反射光線很強（即檢測面顏色很淺）幾乎全部反射時，光敏二極管的阻值很小，一般為幾十Ω。 注意事項： 外界光線的強弱對灰度傳感器的影響非常大，會直接影響到檢測效果，因此要注意避免外界光的干擾。 反射面的材質不同也會引起返回值的差異。 測量的準確性與傳感器到發(fā)射面的距離是有直接關系的。在機器人運動時機體的震蕩同樣會影響其測量精度。