能力风暴机器人仿真系统备课教案

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”——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。它们沒有思维能力,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，听“懂”主人的语言，做一些重复性的机械动作。人们把它称为工业机器人。现在，机器人经过好几代的更新改造，已经能和人们自由交谈，沟通语言，并灵活地走动。也就是说，它不仅有了听觉、视觉、触觉，而且还具有记忆、学习、思维和判断能力。人们把新一代的机器人称为智能机器人。

明天的高级智能机器人将比今天的智能机器人具有更丰富的感觉功能和更熟练的活动能力。到那时，家庭里将有服务周到、态度和蔼可亲的家庭机器人。早晨，主人吃过早点上班以后，它立即用吸尘器清的房间，用洗衣机洗涤(dí)主人换下的衣服。电话铃响了，它马上拿起耳机，在一张便条上记下对话内容。“哇——”摇篮里的婴儿醒了，它又像慈祥的母亲一样抱起婴儿，喂水、喂奶，轻声哼(hēng)起一支优美动听的催眠曲，把婴儿再一次送入梦乡。门铃响了，它并不急于开门，而首先问来访者是谁，然后根据来访者的声音仔细辨别他是不是主人的客人，以此决定是否开门。即使是盗贼的恐吓，它也不会害怕，而是声色俱厉地高喊：“快走，你这个无赖(lài)!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，

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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(kān)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

一、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（Oosting Gymnasium）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。

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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

机器人的皮图1－3仿真

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AS－Infom系列），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。