能力风暴机器人仿真系统备课教案Word下载.docx

1、i）!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（kn）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帮助学生了解vjc机器人的组成部件及工作原理使学生了解机器人基本的工作原理:2001年4月22日，美国三一学院武士廷体育馆（Oosting Gymnasium）即热闹又紧张，一

2、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”则以秒的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

3、“UFO”，以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。这是去年在美国举行的世界机器人灭火比赛的情形，中国学生采用的机器人平台是广茂达的机器人专家研制的能力风暴智能机器人，这种全球领先的平台使中国学生如虎添翼。新课讲授：机器人是靠什么来思考呢 通常我们说电脑是会思考的，它会下棋，会唱歌，它越来越多的在社会的各个领域充当人的角色。而机器人“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”，这个“电脑”控制着机器人的一举一动。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

4、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VC、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。S

5、VJC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

6、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 。同时也将现实中障碍物用一个长方形代替，现实中的地面就是屏幕中间那块黑色的活动区。位于能力风暴“心脏”部位的控制部件是能力风暴的大脑主板，如图所示，它由很多电子元器件组成，跟人的大脑一环境界面样，它在控制“肌体”运动时，要完

7、成接收信息、处理信息、发出指令等一系列过程。能力风暴的大脑有记忆功能，这主要由主板上的内存来实现，至于“大脑”的分析、判断、决断功能则由主板上的众多芯片共同完成。感觉器官对于人来说非常重要，比如人的眼睛、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，能力风暴上常用到的传感器有以下4种：1.碰撞传感器能力风暴图13仿真机器人的皮肤因为能力风暴机器人通常情况下都是向前走动，所以我们在它的正面下部放了3个碰撞传感器（有的是4个，因为能力风暴机器人有不同的型号，这里我们介绍的是ASInfom系列）

8、，分别在正前方、左前方和右前方，在后方也放置一个碰撞块是为了防止意外事件的发生，确保能力风暴机器人的正常活动。 图14能力风暴的传感器2.、3.红外传感器能力风暴机器人的眼睛能力风暴机器人的“眼睛”红外传感器能够和人眼一样，在看见前方的障碍物后，通知“大脑”然后避开。红外传感器共包含两种器件：红外发射管和红外接收管，看图14就可以发现红外接收管位于能力风暴机器人的正前方，两只红外发射管位于红外接收管的两侧，他们共同组成了能力风暴机器人的“眼睛”。.图15红外传感器原理图如图15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

9、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210mmx150mm面积大的障碍物，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。4.地面探测传感器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

10、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，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。5.光敏传感器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

11、细胞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，这样能力风暴就可以判断周围光线的强度。通常光敏传感器的返回的数值与周围环境光线的强度成反比，比如光敏传感器返回的值为152和100，则可以知道返回152所在的环境要比返回100所在的环境暗。能力风暴机器人活动器官是执行具体功能如说话、行走、眨眼等时所要用到的部件，如图16能力风暴执行部分所示，能力风暴机器人的执行部分共有以下五种：，、图16能力风暴活动器官1.扬声器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

12、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.LCD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

13、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.直流电机能力风暴机器人的肌肉在能力风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

14、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、碰撞传感器虚拟能力风暴机器人的皮肤虚拟能力风暴机器人的虚拟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。2.红外传感器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。同样它也有一定的可视范围，可以通过调节两只眼睛的可视范围来增加虚拟机器人看的范围和清

15、晰度。在SVJC中红外检测是通过模块实现的。在仿真环境中带有“眼睛”虚拟能力风暴如下图所示：虚拟能力风暴有2只红外传感器：每只探测距离10厘米80厘米；探测角度60。2、地面探测传感器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广，但功能也很强大。在SVJC中地面检测是通过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,系统默认的是黑色地面，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、255为黑色）3、光敏传感

16、器虚拟能力风暴机器人的感光器官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，它的感光器官虚拟光敏传感器，虽然看不到，但也位于虚拟能力风暴机器人的正前方。在SVJC中光线的检测是通过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

17、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！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

18、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”两个程序模块使学生了解“ 程序”的概念! 第一课时 简介绍SVJC的运行环境教师简单介绍 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 、Wind

19、ows 2000 Professional、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。 一个小例子下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；图21新建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

20、。如果是这样你用鼠标左键点一下“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。图24进入仿真系统E、将会出现下面界面，这是进

21、入仿真环境初始界面，这里我们选择“新建环境”。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。流程图生成区把模块库里的模块拖过来，连接生成流程图程序。图2-7流程图编程界面A、菜

22、单栏菜单栏中包含了各种功能操作项。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SVJC。编辑：在编写复杂程序的过程中，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、删除子程序就为编程带来了便利。视图：工具栏：可以隐藏、显示SVJC界面中的工具条；状态栏：隐藏和显示状态栏；显示JC代码：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/隐藏指示红 点，帮助初学者掌握模块连接的技巧；流程图背景：可为“流程图生成区”更换背景；通过

23、“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；仿真流程图程序: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。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。C、模块库区【四类模块库的模块是构造SVJC程序的基本元素。图28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”

24、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SVJC的菜单栏点击“仿真当前程序（S）”便可以进入仿真系统,如下图：图29进入仿真系统若在菜单栏点击“仿真流程图文件（M）”，便可进入一个选择流程图程序存档文件的对话框，在这里可以选择你要仿真的程序。图210对话框随后便可进入仿真环境界面，如下图：新建环境：是指将进入一个空白的仿真环境。进入环境：在左边的环境文件中选中后可进入这个仿真环境。删除环境：在左边的环境文件中选中，可以将其删除。取消：和新建环境一样将进入一个空白环境。$图211进入仿真环境界面B、进入主界面后出现退出、障碍物、光源、保存环境、加载环境、清除环境和运行等按

25、钮。图212仿真环境主界面如图：环境设置区：用来设置虚拟能力风暴活动的的仿真环境。系统操作区：用来处理环境文件，如加载、保存、清除环境文件。参数调节区：用来调节虚拟红外传感器、障碍物和光源的参数或尺寸。虚拟能力风暴：对真实能力风暴的仿真，拥有的属性我们在第一章中已经讲过。虚拟能力风暴的当前坐标位置：表示虚拟能力风暴活动时的当前坐标。仿真眼睛：是对虚拟能力风暴的眼睛的仿真。仿真LCD：是对真实能力风暴的LCD的仿真，可以显示一些运行和状态信息。显示当前编辑的环境文件的路径以及机器人从开始运行到当前的运行时间等。课堂练习：你能说出SVJC的每个菜单项的作用吗？将本章开头给的例子在计算机上演示一遍。

26、教后记： 教学应重在加强本科生“理论教学”与“科学研究”之间的联系, 应提倡和鼓励学生自主学习及研究性学习, 使学生通过针对性的、开放式的实验教学真正实现“以我为主”、培养学生的创新意识与能力, 了解、掌握科学研究的基本思路、方法和手段, 为今后进一步学习研究打下扎实基础。第三课 简单的流程图编程方法帮助学生了解程序模块的概念使学生理解vjc靠程序模块来运行的方式第一课时 程序的模块前面介绍了虚拟能力风暴的相关知识和SVJC界面的一些背景知识，下面我们就介绍具体的编程方法模块的含义在介绍模块的含义之前我们先来了解一下什么是程序流程图，程序流程图又称程序框图，它是历史最悠久使用最广泛的描述软件设

27、计的方法。用它来描述程序很直观和形象，而且非常便于理解和学习。下面是流程图的一些常用符号：例如：求解“假如a和b都不等于零，则求ab的和”命题的程序流程图为：,图32流程图SVJC是基于流程图原理的编程工具，它采用可视化编程方法，将传感器的处理过程以及程序的其它处理过程都用模块的方式实现，使编程变得简单而高效。四个模块库中其中前两个模块库“执行器模块库”、“传感器模块库”属于过程处理模块，如模块，是对虚拟机器人移动过程的处理，如果你想让机器人移动，只需将这个模块拖到程序中即可。后两个模块库“控制模块库”、“程序模块库”属于程序控制模块，如模块，它是选择的作用，可以根据条件选择要处理的过程。程序控制模块的作用是把众多的处理模块连接成一个完整的处理过程。如果把前面的处理模块比作漂亮的贝壳，那么这些控制模块就是线和链条及环，用它们把贝壳按照自己的意愿串连起来，那就是美丽的项链，就是我们的程序。模块的基本操作流程图编程方法简单的说其实就是模块增减的方法，当然要按照意愿将模块“拼凑”起来也不是一件容易的事，这里面涉及到软件编程的一些知识，这些