《搬运机器人》教学设计

课题：智能搬运

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一、背景分析

搬运机器人是近代自动控制领域出现的一项高新技术，涉及到了力学，机械学，电器液压气压技术，自动控制技术，传感器技术，单片机技术和计算机技术等学科领域，已成为现代机械制造生产体系中的一项重要组成部分。它的优点是可以通项目分析 过编程完成各种预期的任务，在自身结构和性能上有了人和机器的各自优势，尤其体现出了人工智能和机器人的适应性。 课程设置这一项目，其一是让学生了解当代机器人在工业中的应用与发展，理解搬运机器人的一般工作原理；其二是通过自己设计编程制作搬运机器人，理解传感器的工作原理，掌握程序的设计思想，并且使机器人能完成简单的项目任务。 学生此前已经初步掌握了机器人的搭建技巧，能够根据任务设计制作简单的机器人结构，同时对机器人编程软件NXT 2.1 Programming也有了一定的认识，能够完成简单的程序设计。在学情分析 此基础上设计制作搬运机器人，在设计上更能体现学生的创新思维，以及编制程序的逻辑思维能力，同时由于课程结果评价的可视化及挑战性，小组通过分工与协作，在兴趣以及好奇心的驱使下，能够完成具有一定挑战性的任务。 二、教学目标及重难点

知识与技能 掌握机器人项目实现的一般方法和技巧；掌握程序的优化方法。 能够通过小组合作搭建具有一定功能的机器三维目标 过程与方法 人结构；会对机器人结构进行创新、优化设计。 情感态度价值观 增强对结构、系统等技术思想的理解；激发对机器人的兴趣，加深对技术的理性思考。 重 难 点 三、教法学法

重点 难点 掌握项目中的程序编写技巧和优化方法。 多条件判断的实现。 创设情境法：通过图片、视频等形式，实现将抽象任务形象化，通过角色扮演让学生身历其境的理解任务的要求与目标。 教法 任务驱动法：通过具体明确的任务驱动学生讨论、交流，培养学生的分析能力、判断能力、解决问题的能力以及自主学习、合作探究的意识。 合作学习法：注重培养学生的协作精神，让学生在讨论中学习。 学法 探究学习法：设置探究问题，培养学生的创新思维和自主学习能力。 四、教学过程

（一）观看视频，了解项目的比赛流程和规则。（5分钟）

活动内容 学生活动 教师活动 提出任务：观看视频，了解智能搬运项目的比赛流程和规则。 分析：智能搬运的比赛规则 观看视频，了解机器人完讨论：机器人执行什么任 成任务的执行过程，分析务，比赛的规则。 比赛规则： 1、小组合作完成比分组回答、补充。 比赛规则要求。 赛项目，依次将A、B、C、D、E四个位置上的不同颜色的货物，搬运到对应颜色靶心。 2、机器人从起点沿黑线循迹移动、定点抓取移动货物，完成任务后 回到起点，结束比赛。

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3、全程自动完成，不得人为干预；成功搬运一个货物至对应靶心得20分，未至靶心，按十环、两分为单位递减算分，满分100分。 4、比赛中途机器人运行偏差较大时可放弃当场比赛，每组三次机会，取最高分作为该组最终成绩。 设计意图：通过任务驱动，激发学生的学习兴趣，通过帮助他人完成任务的形式，引领学生以积极的姿态进入课程的学习。 （二）完成机器人的功能、结构、程序分析.（15分钟）

活动内容 学生活动 教师活动 1、小组根据机器人执行讨论分析：归纳列举主要根据任务执行过程逐一任务的过程，讨论分析机功能 器人应具备的功能。 功能： 循迹 定位 复位 判断 分析 明确各功能在项目中的引导学生明确各功能的应用。 具体用途。 2、机器人应具备哪些功根据功能，讨论机器人所组织学生讨论完成项目能结构？ 需的硬件结构、功能结的机器人的结构要求 3

小组讨论： 构。 列举常用硬件，引导学（1）.在原有基础小车的 基础上进行结构改建。 （2）.基本的循迹功能结讨论：电机、各传感器的构。 用途，根据项目要求进行生取舍利用。 （3）.定位、抓取、放置选择。 所需功能结构。 （4）.根据功能需要有选 择性的进行传感器的安 装。 3、程序分析 小组讨论： 将项目运行各阶段模块引导学生解决程序难点： 化，逐一分析程序结构，多条件判断选择 循环、开关语句 （1）.依次搬运货物的方画出流程图。 法？ （2）.如何进行有效精准 的循迹、定位？ 掌握利用基本语句使用程序优化： （3）.如何实现不同颜色技巧、自定义模块，进行自定义模块的使用讲解 货物的辨别，以及对应位程序的优化。 置的精准放置？ （4）.货物搬运完后怎样停到起始地点？ （5）.讨论编写程序流程图。 设计意图：以具体知识点为引导，在情景任务的驱动下，带着目的去学习相关的知识点，学习效果更加深入，透彻。同时简单的操作可以一下子激发学生的求知欲望，使其渴望应用这一功能完成任务。 （三）利用NXT套件设计制作机器人。（50分钟）

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活动内容 学生活动 教师活动 组内进行合理分工，完成3个人一个小组，组内分小组内个别指导。 机器人的结构组装以及工，分别负责搬运机器人 程序的编写、调试。 的结构组装以及程序的对组装和编程遇到问题编写 的小组给予指导，提供多种解决方案供其参考。 或者给予一定的启示，启发学生进行深入思考，自己讨论出解决办法。 或者让其到其他小组请教，小组之间互相帮助、互相学习，互相探讨，各取所长。 设计意图：学生通过动手实践，将所学知识学以致用，学中做，做中学，小组合作探究，实现知识内化、升华的同时，在动手实践能力、小组合作意识、创新思维等方面获得一定的长进。 （四）评比展示、总结反思（20分钟）

活动内容 展示。 学生活动 进行互评。 教师活动 根据比赛规则小组逐一小组间根据评价表内容，记录比赛结果 从机器人的结构、功能、小组交流经验，与大家分组织学生进行经验的交程序的设计等方面进行享经验。 综合评价，分析各组作品的优缺点，找到改进方法。

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流与分享。帮助没有成功的小组分析他们失败的原因所在。 总结回顾知识，为下节课做铺垫。 设计意图：通过课内比赛的方式，培养学生的表现欲望以及竞争意识。小组的经验交流既有成功的经验也有失败的经验，重在反思，帮助学生以更积极的态度对待接下来的更大难度的挑战。

七、教学反思

本节课是在学习完nxt系列配套教程的基础上，开展的一堂综合应用课，旨在教授机器人项目开发的流程和方法。项目活动的设计主要体现出任务的竞技性和趣味性，考虑到学生的知识结构、动手能力的差异，采用多组合作的学习方法，有利于分层教学的开展。教学中创建相对宽松的项目任务环境，使成果多元化，更有利于学生创新能力的培养。

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