第15課傳感器

1、第15課 傳感器教學(xué)目的與要求1學(xué)習(xí)學(xué)生機器人的“主要器官”。2能夠了解傳感器的主要功能。3平等交流，掌握各“器官”的作用。4能夠建立正確的機器人整體概念。5學(xué)會正確對待傳感器的工作方式。6激發(fā)對學(xué)生機器人這一信息媒體的學(xué)習(xí)熱情。7嘗試用人的“器官”概念理解機器人的“器官”概念。8為傳感器的學(xué)習(xí)建立合適的實踐渠道。課時安排建議安排2 課時。教學(xué)重點與難點1重點：學(xué)習(xí)學(xué)生機器人的“主要器官”。2難點：理解傳感器的功能。教材分析與教法建議1教材的地位與作用本課是機器人部分內(nèi)容中，傳感器部分的重點章節(jié)，起到承上啟下的作用。傳感器的學(xué)習(xí)在小學(xué)信息技術(shù)階段有著重要的意義，是學(xué)生理解學(xué)生機器人原理、設(shè)計學(xué)

2、生機器人運動的重要環(huán)節(jié)，對促發(fā)學(xué)生的整體概念形成有著舉足輕重的作用。本課教學(xué)的重點內(nèi)容在于讓學(xué)生了解傳感器的原理和功能，促進學(xué)生的知識遷移。本課是前面知識的總結(jié)和提高，也是今后學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。2教學(xué)方法指導(dǎo)（1）本課是練習(xí)學(xué)生創(chuàng)新能力的實踐課，要求學(xué)生盡可能多地使用本單元學(xué)習(xí)的技術(shù)。（2）教師應(yīng)該事先準備好學(xué)生制作機器人所需的素材、傳感器實物等。（3）本節(jié)課的關(guān)鍵是“評價與共享”，這既是指技術(shù)上的評價，也是指資源上的共享。全班交流，小組內(nèi)研究。（4）教師應(yīng)合理安排好時間，交流部分是本節(jié)課的難點，既要運用準確的語言介紹作品，又要給予充分的時間讓學(xué)生接觸實物。參考資料傳感器是機器人和現(xiàn)實世界之間的紐帶

3、。一般根據(jù)傳感器的工作特征，可以分為：光學(xué)傳感器（顧名思義就是對光產(chǎn)生反應(yīng)的傳感器，比如紅外傳感器）、聲傳感器（比如microphone）、力傳感器（比如壓敏傳感器）、位置傳感器（比如陀螺儀）。光傳感器：光傳感器的范圍很廣，有最簡單的光敏電阻，就是光強度的大小改變電阻的阻值從而實現(xiàn)對光強度的感知，也有目前最復(fù)雜的攝像頭Camera。然而在我們機器人中，用得最多的是Infra-red 紅外傳感器，其中的紅外接近傳感器是機器人在運動過程中必不可少的傳感器，通過它，目前我們可以獲得機器人的在移動過程中與前面障礙物之間的距離，當(dāng)然這距離非常短。不過，對于我們的機器人來說，這也是目前唯一的可承受的選擇。

4、還有一種目前比較有用的紅外傳感器是叫紅外探測器，它不同于上面的紅外接近傳感器，它沒有紅外發(fā)射器，只有一個紅外接受單元，由被測物體發(fā)出紅外信號。一般用來做熱感應(yīng)用，比如人走近或者動物走進這樣的傳感器時，它就會產(chǎn)生信號。在生產(chǎn)安全領(lǐng)域用的比較多。對于我們嗎，最多就是有人走進的時候能夠作為一種感知手段來讓機器人獲得：“哇，有個發(fā)紅外線的家伙沖我走過來了”這樣的信息。還有一種目前我們也能承受的是攝像頭，與之相配套的，能應(yīng)用于機器人的識別軟件和硬件還相對比較少和昂貴，目前成熟的市場產(chǎn)品有美國卡耐基-梅隆大學(xué)開發(fā)的CMU-Camera套裝，但是價格較為昂貴。但是如果我們不用他們的套裝，自己開發(fā)的話，其它硬

5、件投入相對少了，但是你要對計算機編程相當(dāng)精通，而且難度相對很大。力傳感器：力傳感器是用來檢測碰撞或者接觸信號的，比如機械手的應(yīng)用，當(dāng)你放一個東西到機械手的時候，機械手自動抓住它，它就需要力傳感器檢測東西抓得緊不緊。典型的力傳感器是微動開關(guān)和壓敏傳感器。微動開關(guān)其實就是一個小開關(guān)，通過調(diào)節(jié)開關(guān)上的杠桿長短，能夠調(diào)節(jié)觸動開關(guān)的力的大小。用來做碰撞檢測這是最好不過了。但是這種傳感器必須事先確定好力的閥值，也就是說只能實現(xiàn)硬件控制。而壓敏傳感器是能根據(jù)受力大小，自動調(diào)節(jié)輸出電壓或者電流，從而可以實現(xiàn)軟件控制。聲覺傳感器：目前最多的也就是麥克風(fēng)了。主要的問題是如何處理聲音信號。當(dāng)前沒有一個比較好的聲音解

6、決方案。超聲波傳感器和紅外接近傳感器很像，也屬于距離探測傳感器，但是它能提供比紅外傳感器更遠的探測范圍，而且還能提供一個范圍的探測而不是一條線的探測。也是目前用的最多的距離傳感器之一了。位置和姿態(tài)傳感器：機器人在移動或者動作的時候必須時時刻刻知道自己的姿態(tài)動作，否則就會產(chǎn)生控制中的一個開環(huán)問題，沒有反饋。位置傳感器和姿態(tài)傳感器就是這個用的。常用的有光電編碼器，由于機器人的執(zhí)行機構(gòu)一般是電機驅(qū)動，通過計算電機轉(zhuǎn)的圈數(shù)，可以得出電機帶動部件的大致位置，編碼器就是這樣一種傳感器，它一般和電機軸或者轉(zhuǎn)動部件直接連接，電機或者轉(zhuǎn)動部件轉(zhuǎn)了多少圈或者角度能夠通過編碼器讀出，控制軟件再根據(jù)讀出數(shù)據(jù)進行位置估

7、計。還有一種是陀螺儀，這是利用陀螺原理制作的傳感器，主要可以測得移動機器人的移動加速度，轉(zhuǎn)過的角度等信息。 參考教案1引入師：同學(xué)們，你們喜歡機器貓嗎？你最喜歡其中的哪個人物或一段故事情呢？生：回答老師提問。師：機器貓就是一種虛擬的機器人，它非常能干，可以幫助小主人公完成很多心愿。這些就是靠它靈巧的雙手完成的。今天，就讓我們來繼續(xù)學(xué)習(xí)學(xué)生機器人的小器官是怎么樣變出“大神奇”的。 (板書課題)設(shè)計意圖：以“有知”喚醒“無序”，從實物入手，幫助學(xué)生克服學(xué)習(xí)新知識的恐懼心理。2新授一：學(xué)習(xí)機器人的“主要器官”(第一課時)師： 機器貓非常靈活，它是小主人公的好朋友，請你觀察下它，看看它是怎么樣讓小主人

8、知道它的喜怒哀樂的呢？(播放機器貓的視頻片斷)(學(xué)生討論)師：請回答下面一組問題：（1） 機器人的“表情”部件有哪些？（2） 機器人的“感覺”部件有哪些？（3） 在機器貓的身上找一找，它們都藏在哪里了呢？(學(xué)生回答問題，接合課本內(nèi)容，并討論)(觀察多組學(xué)生機器人的照片，介紹機器人的主要器官組成，有條件的情況下，可讓學(xué)生動手觸摸學(xué)生機器人)設(shè)計意圖：用學(xué)生較為熟悉的實物作為切入口，幫助學(xué)生完成知識的遷移；在真實的環(huán)境中完成學(xué)習(xí)的環(huán)節(jié)。新授二：了解傳感器的主要功能(第二課時)師：機器貓可以完成很多復(fù)雜的工作，神奇極了，在現(xiàn)實的學(xué)生機器人身上，也能有這樣的神奇。不過，它們運動的時候，可不是像我們?nèi)祟?/p>

9、一樣，用手腳來運動，而是通過一個特別重要的器官來實現(xiàn)的，它就是傳感器！讓我們一起來看看這個神奇的器官！ (學(xué)生看書，閱讀相關(guān)的章節(jié))(教師輔導(dǎo)巡視)知識小問答：（1） 傳感器相當(dāng)于人類的什么器官呢？（2） 傳感器分為哪幾種類型呢？（3） 每種類型的工作動力是什么呢？（4） 為什么機器人一定要有傳感器呢？(學(xué)生分小組討論)師：結(jié)合實物進行詳細的講解。(學(xué)生觀察)注意：此處學(xué)生適應(yīng)有一定難度，教師可接合課件中的圖片進行詳細的講解，幫助學(xué)生適應(yīng)過程。根據(jù)不同的生源特點，教師要采用不同的進度和頻率，保證學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。設(shè)計意圖：在理解、完成上個任務(wù)的基礎(chǔ)上，再次提升任務(wù)的難度，讓學(xué)生在此中領(lǐng)略知識的快感；將復(fù)雜的知識細化，幫助學(xué)生梳理已有的知識體系；用客觀形象來加深學(xué)生的理解；讓學(xué)生