第二惠州市青少机器人竞赛辅导老师培训班教案.doc

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1、博罗县华侨中学青少年机器人竞赛辅导校 本 教 材博罗县华侨中学 通用技术科组培 训 项 目一、第二届惠州市青少年机器人竞赛项目及规则1、机器人基本技能比赛主题：重建家园2、机器人创意比赛主题：我的飞天梦3、机器人足球比赛二、基础培训1、认识机器人2、认识机器人的组成3、机器人程序的编写4、进退自如的机器人5、会避障的机器人6、会识别颜色的机器人7、走轨迹的机器人三、基本技能比赛机器人1、机器人搭建2、机器人程序 3、调试步骤基 础 培 训第一节 认识机器人学习目标：学习机器人的概念。了解机器人的3个基本机能。掌握机器人构成的基本条件。掌握机器人的制作过程。一、什么是机器人？机器人是一种自动化的

2、机器，而且具备一些与人或动物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的智能化机器。眼睛、耳朵等大脑手、脚等收集信息控制动作思维能力学习人类的运作机器人的运作感知部件核心控制器执行部件收集信息控制动作程序下载二、机器人的三个基本机能1、对外界产生作用。相当于人的手和脚，称为执行部件。2、从外界获取信息。相当于人的眼、耳、舌头和皮肤，称为感知部件。3、规划作业：相当于人的大脑和思维，称为控制部件和程序。三、机器人构成的基本条件1、机械部件。指特定的机械结构件。可以是拼装器材，也可以是身边随手可得的各种材料。2、感知部件。通常又称之为传感器。机器人的各种感觉传感

3、器，检测外界信息返回RCU。包括：可以分辨不同颜色的模拟黑标检测模块，可以检测光线的环境光检测模块等。3、执行部件。通常又称之为动作部件。动作模块使机器人能够模仿人类或动物的某些动作，根据需要对外输出动作。包括：可以让机器人唱歌的发音模块可以装饰和指示的发光模块，速度可以调节的马达模块等4、机器人控制部件。通常又称之为RCU（Robot Control Unit）。机器人控制模块（RCU）可比作机器人的“大脑”，机器人要实现各种功能都是靠它来指挥。“大脑”的初期是完全空白的，像初生的婴儿一样，需要我们用学到的编程知识教它。这样机器人才能对外界的复杂环境进行观察和思考，然后做出相应的反应，完成各

4、种动作！5、程序。按照我们的意图写出特定的程序，下载到RCU，是机器人具有思维。四、机器人的制作过程搭建编程序程序下载测试达到目的修改不成功第二节 认识机器人的硬件学习目标：了解RCU的功能及使用。了解感知部件的功能及使用。了解执行部件的功能及使用。了解模块的类型。掌握RCU与模块的连接。一、 机器人控制部件RCU模块大容量控制器X-RCU的主要功能如下：1、最新32K大容量设计，比超级控制器SRCU提高一倍，即使同时保存数十种足球竞赛策略程序都不在话下；2、自由端口连接，可以同时控制多达24个设备，功能强大；3、每秒执行高达16百万条指令，比超级控制器SRCU提高一倍速度，为高质量读数，高精

5、度控制提供基础；4、内置中鸣控制内核，可兼容图形化、高级语言、汇编语言编程，控制精确，简单易用；5、备有8个模拟读数端口，更加细致地采集各种信息；还有2路马达专用端口、12路数字端口，输入输出功能随意设定；6、普通传感器接口独立稳定（3安培）供电，保证马达高速运转的同时也可以良好检测；7、马达端口无限压供电，满足不同使用需求；8、内置电源指示灯、通讯状态指示灯，SRCU现时状态一目了然；9、 内置低电压监控模块，提醒用户在恰当的时候更换电池，保证程序的正常工作；10、内置点阵字符型LCD液晶显示模块，数字、英文显示随心所欲；11、内置发音模块，仅用控制器本身就可以实现多种教学功能；12、内置数

6、据采集器程序，不必下载任何程序即可测量、记录传感器的读数，方便用户现场调试或对环境进行测量；13、标准中鸣通讯接口，方便互换；14、防撞电池盒设计，有效防止激烈碰撞导致的控制器突然断电、重新启动；15、端口标示清晰，既防止错误接插，也方便编写程序、分享程序和互相参考学习；16、标准自由端口设计，兼容中鸣所有传感器、等电子部件，方便用户升级换代；17、轻触电源开关，既容易控制，也保证不会错误触发；18、电源7V 12V 宽范围适应，方便用户选择；19、外接电源接口，方便测试不同电源在控制中的表现；20、外壳结构多插孔设计，方便底下固定，上面层叠安装传感器；21、上下底盖设计，轻松分离和接合，既不

7、影响结构稳定性，也可以迅速更换电池；22、接口电子线路开放，可任意接插各种各样的传感器和电子配件，方便同学们深入学习，动手制作自己的“专用零件”；端口的标识与功能：第一类数字端口，以“Dx”表示。它提供稳定的5V电源，可以接插任何检测模块（只返回0、1值的）和输出模块等等，不建议接插大功率模块； 第二类模拟端口，以“Ax”表示。它提供稳定的5V电源，可以接插任何传感器（返回0255的测量值）模块和输出模块等等。它最主要的用途是接插模拟传感器；第三类马达端口，以“Mx”表示。它提供直接外部输入的电源（或者是电池）。由于RCU可以承受较高电压，所以此端口可以接插大功率的设备，例如大功率马达等等；接

8、口上方，可以清晰地看到有G，V，X，Y四个字母。其中G指的是地线（黑线）；V指的是电源（红线）；X，Y是信号线（黄、棕线）。字母正下方的插针，应当连接相应颜色的接线。最简单一个分辨方法就是：接插时，黑色线放两边。端口与传感器的使用方法：机器人控制器RCU是积木式机器人的中央处理器，由主控芯片、自由端口、复位按钮、程序下载口和电源座、液晶显示屏等组成。自由端口用来连接各类传感器模块和其它功能模块，并可根据需要由用户自由定义为输入或输出端口；自由端口允许连接多达24个以下的各类传感器，其中有8个模拟量输入端口。自由端口的定义十分灵活，除了包括电源针正极(V)和负极(G)外，可以使用一个或多个控制针

9、，具体的定义要根据所使用到的传感器类型来决定。传感器模块上的电线通常包括控制线和电源线，分别使用不同颜色的电线，通过连接头接插到RCU的自由端口上。其中有电源线正极(V)，一般使用红色的电线；负极(G)，一般使用黑色的电线；控制线一般使用黄色的电线。有些传感器模块可能使用多于一条的控制电线。最终接插到RCU时候，要使电源线G和V分别接到自由端口的G和V针，控制线接到自由端口的控制针。模拟端口和数字端口的区分：D1X、D1YD6X、D6Y都是数字端口；A1X、A1YA4X、A4Y为模拟端口，但当不使用时可定义作数字端口。模拟传感器和数字传感器的区分：在RoboExp中，函数返回值范围是01的模块

10、，一般都是数字传感器，如“触碰检测”和“红外检测”；函数返回值范围是0255的模块，一般都是模拟传感器，如“灰度测量”和“温度测量”。电源与通信控制：“ON/OFF”上面的圆形按钮是电源开关。除了用于启动机器人也用于程序下载，在用户下载应用程序过程中，当软件提示“等待硬件连接”时,按一下此按钮重新启动电源即可进行程序下载。电源开关左面的“PWR”指示灯是电源指示灯。正常状态下，该灯为绿色，表示电源正常。如果偶尔闪动红色，表示电压偶尔跌落到正常状态以下，请注意编程时不应当马达高速地正反转动。如果一直为红色，或者红色闪动频繁，表示电源电压不足，请准备电池准备更换，或者是使用功率足够的外接电源。电源

11、开关右面的“COM”指示灯是通讯指示灯。当RCU有数据发出或者是正在下载通讯时，此灯会闪动，表示通讯正常。圆形的插座孔是电源插座。可以接插DC5.0的电源插头，电源极性内正外负，7V18V范围均可以使用。（注意：极性切勿相反！电压切勿超过限制！电源功率应当足够。）在机器人程序调试过程中，为了节约电池电量，机器人可以接外部电源。中间方形的是程序下载口，也称作通信端口。RCU可以通过该端口下载保存程序，也可以和外部通信,更可以使用内置的Sensor Monitor通讯内核，和Sensor Monitor软件通讯，对传感器数据进行收集、分析和显示等等。控制器在重新启动后，等待上位机发送过来的数据，然

12、后根据当前的通讯指令来进行实时在线控制。在离线控制方式中的控制器套装还可以在上述的方式完成后，把控制数据下载到控制器内，然后脱机运行。二、马达模块 BE-3548是1:48-L型高速马达与1:120-L型大力马达的功能基本一样，都是一个驱动部件，能够实现转动功能，既可以向前转，也可以向后转，从静止到最高速的运动过程中有0100节速度可调节。而两者的不同之处在于1:48-L型高速马达是高转速，低力矩，可适用于需转速较高的竞赛项目，如走轨迹、划雪、探月等竞赛项目。 硬件安装：将马达模块接到RCU的M1-2端口。 注意事项：马达模块是带四芯控制线的模块，模块控制线与RCU的四位自由端口连接。模块接插

13、过程中注意控制线中的黑线为地线，应对准RCU上标有G处的自由端口的控制针。三、 灰度测量模块 灰度测量模块，是一种能够区分出不同颜色或灰度值的电子部件。 硬件安装：将灰度测量模块接到RCU的A1-4端口。接口线，由三条线组成，黑色线地线；红色线电源线（+5V）；黄色线信号线。 应用范围：灰度测量模块主要用于区分不同的颜色或灰度值。 例如沿着黑色轨迹线行走，不偏离黑色轨迹线； 沿着桌面边沿行走，不掉到地上，等等。 足球比赛时，识别场地中灰度不同的地面，以便于进行定位。 四、 触碰模块触碰模块，是一个利用轻触开关实现检测触碰功能的电子部件。硬件安装：将触碰模块接到RCU的D1-6端口。接口线，由三

14、条线组成，黑色线地线；红色线电源线（+5V）；黄色线信号线。 应用范围：触碰模块主要用于检测外界触碰情况，例如：行进时，用于检测障碍物；走迷宫时，用于检测墙壁，等等。五、 音量测量模块 音量测量模块，是能够测量音量强弱的电子部件。 应用范围：音量测量模块主要用于测量外界音量的强弱。 例如：根据音量的强弱，机器人自动启动或停止； 通过识别有一定梯度的音量，机器人调节自己的转动方向，等等。 硬件安装：将音量测量模块接到RCU的A1-4端口。接口线，由三条线组成，黑色线地线；红色线电源线（+5V）；黄色线信号线。 六、 发光模块发光模块是一个可以发光的模块，通过信号线可以控制发光模块的亮与灭，可适用

15、于指示功能用途、跑马灯或广告灯等；也可与其他部件连用，方便用户DIY拓展应用。 硬件安装：将触碰模块接到RCU的D1-6端口。接口线，由三条线组成，黑色线地线；红色线电源线（+5V）；黄色线信号线。七、 伺服马达模块组成原理；伺服马达内部包括了一个小型直流马达、一组变速齿轮组、一个反馈可调电位器、一个电子控制板。原始动力由高速转动的直流马达提供，带动变速（减速）齿轮组，使之产生高扭力输出，齿轮组的变速比愈大，伺服马达的输出扭力也就愈大，也就是说越能承受更大的重量，但转动的速度也愈低。 功能特点：伺服马达本质上是一个可定位的马达，主要用作运动方向的控制部件。当伺服马达接受到一个位置指令时，它就会

16、运动到指定的位置，成为一个可控的运动关节，具有大扭力、控制简单、装配灵活，可适用于创意、个人机器人模型、航模等竞赛项目或用于需定位的项目。 硬件安装：将伺服马达模块接到RCU的D1-6端口。接口线，由三条线组成，黑色线地线；红色线电源线（+5V）；黄色线信号线。第三节 机器人程序的编写学习目标：了解机器人快车的功能及使用。学习编程的基本流程、方法。一、 创造思想的工具RoboEXPRoboEXP又叫机器人快车，用于赋予机器人思想，兼有图形化编程和C语言代码编程界面。采用基于工程C图形化、模块化编程语言，全部功能模块使用图标表示，遵循自顶向下的编程逻辑思维过程。只需简单拖放模块图标，绘制出流程图

17、，即可轻松完成编程1、主窗体界面有： 菜单栏、工具栏、标签栏、模块库、主编辑窗口、输出窗口。 属性、C代码、变量窗口。 代码编辑框 传感器数据采集2、软件设置点击菜单栏中 “工具”主菜单下的“选项” 子菜单，我们可以在探出的设置对话框中设置机器人快车的系统参数。指定编译器确定软件类型二、编程的基本流程新建应用程序定意硬件信息添加模块定义属性连线编译下载新建应用程序定意硬件信息添加模块定义属性连线编译下载第四节 进退自如的机器人学习目标：学习机器人的基本搭建方法。掌握马达模块的应用。掌握循环语句的使用。要点：马达模块、时间模块、循环语句、模块属性的定义任务： 制作一个机器人，该机器人能够“前进”

18、、“后退”、 “旋转”。一、 准备器材1、RCU 2、马达模块 3、机械部件4、电池 5、工具二、机器人搭建搭建方法：边学边玩机器人教材P8283页。三、程序编写注意事项：左右马达是否正确？马达的旋转方向是否一致？如何修改？思考题：机器人有几种转动方式？第五节 会避障的机器人学习目标：学习变量的使用。掌握触碰模块的应用。掌握条件分支的使用。要点：触碰模块、条件分支、变量的概念、添加变量任务： 制作一个机器人，该机器人会自动避障。一、 准备器材1、RCU 2、马达模块 3、触碰模块 3、机械部件 4、电池 5、工具 二、机器人搭建在机器人的前边安装触碰模块。三、程序编写1、变量的定义：变量是存储

19、信息的空间。2、思路：机器人没有碰到障碍物 “前进”， 碰到障碍物后“调整 ”再 “前进”。3、变量的添加、命名 4、为变量赋值 5、程序第六节 会识别颜色的机器人学习目标：学习液晶屏的使用。掌握灰度模块的应用。灰度值测量程序的编写。要点：灰度模块、液晶显示模块、灰度值测量程序任务： 制作一个机器人，该机器人会识别颜色，并通过液晶屏显示灰度值。一、 准备器材1、RCU 2、灰度模块 3、机械部件 4、电池 5、工具 6、色卡二、机器人搭建安装灰度模块。三、程序编写三位数显的属性定义：1x5：起始显示位置。 1x5data：显示的变量。实验：1、外界光对灰度值的影响？2、灰度模块与物体间距离对灰

20、度值的影响？思考题：灰度模块在使用时应注意哪些事项？第七节 走轨迹的机器人学习目标：为变量赋值学习计算模块的使用。数线程序的编写。阀值的计算与使用方法。走轨迹机器人程序的编写。马达和灰度模块的使用方法。要点：灰度模块、灰度值测量程序、阀值、计算模块、为变量赋值、数线程序、走轨迹机器人程序、任务： 制作一个走轨迹机器人，该机器人会沿轨迹行走，并在到达某个位置后停止行走。一、 准备器材1、RCU 2、灰度模块 3、马达模块 4、电池 5、工具 6、机械部件二、机器人搭建安装灰度模块。三、程序编写1、思路：左、右灰度都没有看到线时，直走。左灰度看到线时，左转。右灰度看到线时，右转。机器人到达某个位置

21、后停止行走。2、为变量赋值3、阀值的计算（地灰度值线灰度值）2阀值（中间值）4、数线程序2、基本技能比赛机器人程序灰度模块说明：灰度从左至右编号为1,2,3,4,5全局变量说明：g_1 1号灰度阀值 接A1x g_2 2号灰度阀值 接A2xg_3 3号灰度阀值 接A1yg_4 4号灰度阀值 接A2yg_5 5号灰度阀值 接A4xg_Hr 后左灰度阀值 g_Hl 后右灰度阀值 GoLine图标：说明：快速数线模块（左上角有个F，颜色为绿色）。参数：3个 GrayStat： 1是选用1号传感器数线,5是使用5号传感器数线，其他情况为1号5号传感器同时检测到作为数线标准 Count ：经过的线条数。

22、一般S形或者弓形的拼装图都可以使用它直接冲过。 GoLineTime图标：说明：快速GoLine时间模块。参数：1个Time ：要走的时间，单位1/100秒 BackLine图标：说明：利用后面小循迹卡模块进行后退模块参数：1个Time：需要后退的时间。 TuanLeft图标：说明：在十字交叉路口左转90的模块。参数：0个 TuanRight图标：说明：在十字交叉路口右转90的模块。参数：0个 Tuan图标：说明：自定义转弯模块。参数：5个Left：左马达速度，正为前进，负为后退。Right：右马达速度，正为前进，负为后退。PreTime：预转弯时间。在这个时间里面不检测黑线。breakTim

23、e：转弯后反向刹车时间。 GetGoods图标：说明：在创库夹取资源图标，其实这个就是将夹取伺服电机关闭的子程序。参数：0个 throwGoods图标：说明：卸载货物模块，将2号伺服电机打开，3伺服电机缓慢打开。参数：0个 initAll图标：说明：还原所有伺服电机。参数：0个 testQ图标：说明：测试程序。参数：1个 q: 当q=0的时候显示14号灰度的数值，按顺序第一位显示1号，第二位显示2号. 当q=1的时候，显示5号和后两个灰度的数值。3、调试步骤 先正确接线，5个灰度接线分别为1号2号3号4号5号钳子后左伺服电机2号接钳子后右伺服电机3号接如需触碰启动，触碰接1号马达为左接m1，右

24、马达为右接m2下载两个马达转动方向0的程序进入rcu检测两个马达是否正传设置号7个灰度的阀值，只有阀值都设置正确之后，才能走基本模块。设置方法，下载testQ程序进入rcu，查看对应的灰度（白色数值+黑色数值）/2=灰度阀值。具体看灰度的教程当设置好前5个灰度的阀值后，下载如下程序到rcu测试这个运动路线应该是前进一格，左转，前进一格，右转，然后停止。基本技能比赛机器人1、机器人搭建（1）按照图示的方法，把用于固定马达的支架装上到底板上锁好螺钉2、按照螺栓孔们安装上马达注意,左右都有一块块用板把马达固定好锁上螺栓安装上轮胎锁上螺栓安装灰度模块支承板锁上螺栓安装前轮注意孔位的安装,和这里的垫圈安装前面的灰度模块俯视图AD端口扩展板如果这里的灰度模块过低而造成的误差可以适当用其它积木件垫高前面的轮子安装RCU安装清楚障碍物的伺服马达注意，这里的螺栓是从3X14的板开始锁上的安装后面灰度模块与连接装载板的铰链装载板的搭建伺服马达的安装套上之后就用螺栓锁紧支架的搭建注意，这里靠近中心的两个螺栓孔是比另一边的大的，安装时要小心这里的螺栓是1。65的自攻牙螺栓推材料装置的搭建自动装材料装置的搭建后面部分全图将上面装卸材料装置与前面动力部分用铰链连接起来注意螺栓位完成图