苏科版第9课 机器人机械手教案

这是一份苏科版第9课 机器人机械手教案，共6页。教案主要包含了教材分析，学情分析，教学目标与要求，教学重点与难点，教学方法与手段，课时安排，教学准备，教学过程等内容，欢迎下载使用。
本课将舵机原理加入到教学内容中，拓展了学生机器人的应用范围，帮助学生了解学生机器人的“拓展积木”和“辅助设备”。流程图的设计对学生学习机器人起到重要作用，学生能根据流程图选用合适的拓展模块来搭建需要的机器人结构，并进行必要的调试和整合。
【学情分析】
舵机是一种位置（角度）伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。本课首次把舵机运用到机器人机械手的搭建中，学生不了解舵机的作用，在教学时教师要把舵机的特点和作用讲解清楚，学生要能知道如何控制舵机。
【教学目标与要求】
了解机器人机械手活动以及舵机和红外传感器的工作原理，学会检测学生机器人机械手抓取、搬运、推动等活动，能够编写学生机器人机械手检测物体、处理物体的程序。体验学生机器人机械手程序实验过程，感受机器人模块的互动特点。
【教学重点与难点】
重点：
1. 机器人机械手程序的搭建。
2. 舵机的组合方式。
难点：
1. 学会设置舵机参数。
2. 设置学生机器人机械手抓取、搬运、推动的程序。
【教学方法与手段】
实验法、自主探究法、任务驱动法。
【课时安排】
安排2课时。
【教学准备】
舵机、部分拓展积木。
【教学过程】
第一课时
第二课时
【教学反思】
本课通过教学让学生了解到机械手搭建中，舵机的运用与直流电机的区别，以及舵机的特殊的功能。学生在设置舵机参数和设计学生机器人机械手抓取、搬运、推动的程序时感到难度较大，但是由于事先提供了流程图，也让学生在程序编写时有条不紊，体现了流程图的重要性。
教学环节
教师与学生活动
设计意图
一、导入
出示车间里搬运车抓取物品、运送物品的视频。（观看视频）
师：同学们，刚才你观察到搬运车是怎样抓取物品、运送物品的了吗？
生：搬运车运动到物品前，张开手臂，将物品夹住，然后转向，将物品运送到指定地点，遇到远一点的，还将手臂伸长，再抓住物品，进行运送。
师：观察得真仔细，今天我们也可以搭建这样一个有手臂的小车来运送物品，它就是机器人机械手。（出示课题）
机器人机械手是机器人教学单元中运用拓展模块（舵机）进行搭建的内容之一，从观看视频出发，从而引出机械手的概念，也帮助学生了解机械手的作用。
二、认识舵机
师：在刚才同学们观看的视频中，机器人实行的动作是搬运车，搬运车在日常生活中很常见，你们见过吗？
生：汽车生产车间装配汽车零件、啤酒厂装配酒瓶盖等。（生举例说明）
师：学生机器人可以增加舵机和模块积件来完成搬运车的基本动作。这项实验是利用车前端的红外传感器和舵机来完成的。
介绍舵机：舵机是一种位置（角度）伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。舵机可以控制角度变化的速度，位置精度非常准确，可完成机器人的某些动作。
舵机有两种类型：一种是往复柱塞式舵机，其原理是通过高低压油的转换而做功产生直线运动，并通过舵柄转换成旋转运动。另一种是转叶式舵机，其原理是高低压油直接作用于转子，体积小而高效，但成本较高。
相对直流电机而言，舵机具有一些特性。从实际生活经验入手，让学生掌握舵机的使用方式。
三、设置舵机
师：讲解舵机的定义（操作演示）。
选中“执行控件”，选择舵机，可以对舵机进行设置。
理解舵机的控件模块，领略设置方式。
四、认识机械手
师：机器人搬运货物的运动主要通过机械手来完成，机械手的主要是使用两个舵机控制机械手臂，从而完成搬运、推动等动作。
学生根据要求，动手搭建机械手拓展结构模块。
（教师巡视辅导）
搭建机械手拓展结构模块是本课教学的重点，需要教师和学生共同认真、仔细地完成。
五、本课小结
这节课我们主要了解机器人机械手的工作原理及所需模块，也尝试动手搭建了机械手拓展结构模块，同时学习了简单设置舵机，下节课我们将对搭建好的机械手进行程序编写。
教学环节
教师与学生活动
设计意图
一、编写机器人机械手流程图
师：搭建一个简单搬运夹，再利用机器人前端的红外传感器来检测前方是否有物体，如果有物体就将其搬走，如果没有物体则继续前进。
（学生自行搭建）
师：机械手由3个舵机、若干个结构模块、2～3个舵机链接等组成。
通过设计流程图，让学生理解机器人机械手运动的基本原理，为后面的学习打下基础。
二、机器人机械手程序编写
1. 新建一个程序。
2. 设置第一个舵机。
加入一个重复执行语句，在机器人模块中选择“设置舵机接口1 红色5V 橘色信号 棕色GND 输出角度为90°”模块，加入重复语句中，设置输出角度为45°，等待1秒后，设置输出角度为0°，再等待1秒。
3. 设置第二个舵机。
继续设置第二个舵机的输出角度，设置舵机接口4的输出角度为135°，等待1秒后，将第二个舵机的输出角度设置为45°，再等待1.5秒。
4. 设置第三个舵机。
继续设置第三个舵机的输出角度，设置舵机接口5的输出角度为30°，此时，机械手夹具打开，等待1.5秒后，设置舵机的输出角度为105°，此时，机械手夹具闭合，再等待1.5秒。
5. 设置机械手抓取的动作程序。
继续加入“设置舵机接口1 红色5V 橘色信号 棕色GND 输出角度为90°”模块，分别设置舵机接口为4的输出角度为45°、等待1.5秒后，再设置第二舵机的输出角度为135°。等待1.5秒后，舵机接口1的输出角度为45°，等待1秒后，设置它的输出角度为90°，再等待1秒。此时，机械手完成先回收再旋转90°的动作。
6. 设置机械手搬运动作的程序。
设置舵机接口4 红色5V 橘色信号 棕色GND 输出角度为45°，等待1.5秒后，再设置舵机接口5的输出角度为30°。等待1.5秒后，舵机接口5的输出角度为105°，等待1.5秒。
舵机接口4的输出角度为90°，等待1.5秒后，设置舵机接口4的输出角度为135°，再等待1.5秒。此时，机械手完成先向前伸，再将夹具打开，再闭合夹具，回收机械手的动作。
7. 上传程序。
保存完整程序，上传Arduin程序至Arduin主板上，下载到机器人机身上，进行活动实验。
教师将程序的详细过程编写出来，并且及时上传Arduin程序至Arduin主板上，下载到机器人机身上进行实践活动，让学生感受程序由文字变为机械手的实际运动。
三、学生机器人机械手实验
生：根据教师的指导，修改机械手的结构，编写机械手的程序，尝试实验。
（学生动手操作，教师巡视辅导）
给予学生充分的练习时间和实验机会，让学生感受机械手的乐趣。
四、总结与展示
学生按组轮流展示实验情况，并进行小组间评价，再进行修改展示。
教师及时总结，鼓励创新。
总结实验情况，查漏补缺，为参加机器人比赛奠定基础。