1、巧借机器人零件巧借机器人零件 实现多种创意作品实现多种创意作品 重庆市第八中学校重庆市第八中学校 刘刘 超超交流的主要内容交流的主要内容n 第一部分：简易机器人标准套件的介绍与使用n 第二部分：机器人创意作品的设计与实现n 第三部分：机器人创意作品赏析简易机器人标准套件的介绍与使用简易机器人标准套件的介绍与使用n 重庆市义务教育“六大功能室”配备 音乐、体育、美术、卫生、综合实践、科技活动 类别配备数量（套）1224班12班以下小学科技活动室88初中科技活动室1010n 简易机器人标准套件配备要求简易机器人标准套件的介绍与使用简易机器人标准套件的介绍与使用n 简易机器人标准套件 类别型号小学科
2、技活动室机器人套件上海未来伙伴机器人有限公司能力风暴AS-MF32（ET502）初中科技活动室机器人套件上海未来伙伴机器人有限公司能力风暴AS-MF32（ET601）小学机器人套件小学机器人套件 （ET502）初中机器人套件初中机器人套件 （ET601）简易机器人标准套件的介绍与使用简易机器人标准套件的介绍与使用n 小学机器人套件（ET502）可以搭建的机器人（11种）简易机器人标准套件的介绍与使用简易机器人标准套件的介绍与使用n 小学机器人套件（ET502）可以搭建的机器人（11种）简易机器人标准套件的介绍与使用简易机器人标准套件的介绍与使用n 初中机器人套件（ET601）可以搭建的机器人（
3、11种）简易机器人标准套件的介绍与使用简易机器人标准套件的介绍与使用n 初中机器人套件（ET601）可以搭建的机器人（11种）简易机器人标准套件的介绍与使用简易机器人标准套件的介绍与使用n 以简易报警装置为例来介绍操作过程n 简易报警装置 本项目是多传感器的一个大综合，既可以作为传感器的入门，也可以作为入门后的一个强化训练，让学生了解现实中触发因素可能是多方面的。本项目使用AS-EI做一个装置，将触碰开关、光敏传感器、电机、红灯固定在一个平板上。简易机器人标准套件的介绍与使用简易机器人标准套件的介绍与使用n 材料清单半高立方体 X21号平板 X14号平板 X1中长方管 X1红灯 X1触碰开关
4、X1光敏传感器 X1中L型连接器 X4电机 X1电机连接线 X1简易机器人标准套件的介绍与使用简易机器人标准套件的介绍与使用n 连接图简易机器人标准套件的介绍与使用简易机器人标准套件的介绍与使用n 与控制器（AS-ECON101）连接 将各元件连接到控制器上，对应关系是触碰开关（I/0）、光敏传感器（I/1）、电机（DC 0）红灯（I/2）。触碰开关属于数字传感器（只有接通和断开两种状态，返回值只有0和1两种）；光敏传感器属于模拟量传感器（返回值在一个区间持续变化）；电机是PWM控制的（可调速、可控制正转、反转和停止）；红灯是数字输出口控制（只有亮灭两种状态）。简易机器人标准套件的介绍与使用简
5、易机器人标准套件的介绍与使用n 编程思路 该报警装置的工作原理是碰到东西或者光线被遮挡都会报警，报警以发出警报声、电机转动和红灯闪烁表现。具体有以下几个步骤：碰到东西是触碰开关被压下，导致（I/0）接通；光线被遮挡是指光敏传感器被遮挡，（I/1）采集的模拟值进入某个区间；（DC 0）电机转动容易理解；发出响声是指蜂鸣器鸣叫；红灯闪烁是指对应端口（I/2）的数字输出间断性接通。我们编程的目的其实就是要实现上面根据的情况决定的状态。根据“碰到东西或者光线被遮挡都会报警”这句话的要求，我们知道之间的关系是“或”的关系，即只要满足一个条件即可。简易机器人标准套件的介绍与使用简易机器人标准套件的介绍与使
6、用n 光敏临界值的判定 在号条件中提到“采集的模拟值进入某个区间”，在写程序之前首先要确定这个区间，即当（I/1）采集的数值变成多少的时候满足的条件。运行在线检测程序，读取（I/1）口的模拟值，大约是100多，用手捂住光敏后，大约是1000多。据此我们可以得出以下结论：临界值取1000；端口采集的模拟值的变化趋势是光越暗，数值越大；判断条件的区间可以设定为“1000”。简易机器人标准套件的介绍与使用简易机器人标准套件的介绍与使用n 流程图编程 第一步：进入VJC-E的流程图编辑界面，用鼠标点击左边“控制模块库”，从中选择“永远循环”模块。将它拖到流程图生成区，与“主程序”相连。（给控制器写程序
7、时，一般都会先写一个“永远循环”，否则程序只会执行一次，就结束了。）简易机器人标准套件的介绍与使用简易机器人标准套件的介绍与使用n 流程图编程 第二步：响应条件，在传感器模块库中用鼠标拖入一个“轻触开关”，双击该模块，将端口号设置成“数字通道0”（默认即为0）。简易机器人标准套件的介绍与使用简易机器人标准套件的介绍与使用n 流程图编程 第三步：点击“检测完成后，进行条件判断”，会跳到“轻触开关检测模块”界面，在等号后面选择1。简易机器人标准套件的介绍与使用简易机器人标准套件的介绍与使用n 流程图编程 第四步：点击确定后，“开关0”会变成菱形，同时出现两个分支，因为我们上一步判断的是“开关变量一
8、=1是否成立”，则左边一个分支表示条件满足，即开关被按下。简易机器人标准套件的介绍与使用简易机器人标准套件的介绍与使用n 流程图编程 第五步：检测到开关闭合后应该红灯闪烁，同时报警，电机转动。转到执行器模块库，可以找到“指示灯”、“发音”、“延时等待”等模块，将它们连接到程序中，工作顺序是：通道2通-电机0启动-发音0.2秒-等待0.2秒-通道2断-电机0停-发音0.2秒-等待0.2秒。双击每一个模块，按照顺序设置参数。简易机器人标准套件的介绍与使用简易机器人标准套件的介绍与使用n 流程图编程 第六步：然后看开关0右边的一个分支“否”的情况：没有被按下，我们就要判断条件了，即看看光敏传感器有没
9、有被遮住。到传感器模块库中找到“光敏检测”模块，并把它连接到程序中，双击设置参数。根据前面的分析我们可以得出结论：光线越暗，返回的数值越大，所以这里用“”来进行比较傲，1000这个数值也是可以容易得出来的。简易机器人标准套件的介绍与使用简易机器人标准套件的介绍与使用n 流程图编程 第七步：光敏传感器的条件满足时，也会发出警报和红灯，这里的程序和触碰开关的一样。完成后的程序如右图。简易机器人标准套件的介绍与使用简易机器人标准套件的介绍与使用n 总结 这个程序的实现在常态下（没有被捂住光敏、没有被按下触碰开关）是没有反应的，只要有一个条件被触发，就会报警。所以程序的最右侧是空白的，而每个判断的左面
10、都是一样的，这是您可以使用复制功能。此程序主要是ifelse语句，这里用到的二重判断，类似于C语言里面的else if语句。简易机器人标准套件的介绍与使用简易机器人标准套件的介绍与使用n JC代码编程 通过菜单栏的“编辑”-“编辑JC代码”或者工具栏的“JC代码”图标，可以直接将我们写好的流程图转换成JC代码，显示在JC代码编辑窗口中。需要注意的是，这个过程是不可逆的，就是所写的JC代码不能自动生成流程图。VJC发展到当前版本，JC代码开发功能已经和标准C语言兼容。用户可以先通过流程图编程了解程序逻辑、库函数和C语言语法，当达到一定水平后，即可直接使用JC语言编程。简易机器人标准套件的介绍与使
11、用简易机器人标准套件的介绍与使用n 程序的下载及运行 下载程序的方法：用USB通信线一端接控制器的下载口，另一端接计算机的USB接口，打开控制器电源开关，单击菜单栏中“工具”选项卡，在弹出的下拉菜单中单击“下载当前程序”，就可以下载程序了。（下载程序也可以使用工具栏上的“下载”快捷按钮）按照上述步骤操作后，会出现一个智能下载程序对话框，并显示下载进程，等出现“下载成功！”字样时，程序已经下载到控制器中了。关闭对话框，拔下USB通信线，按下控制器身上的“运行”按钮，控制器就会运行所下载的程序。简易机器人标准套件的介绍与使用简易机器人标准套件的介绍与使用n 调试程序 程序下载运行时，注意检查控制器
12、运行状态是否符合要求：按下触碰开关会报警、用手遮住光敏传感器会报警，报警时有滴滴声、电机时转时停、红灯闪烁。如果现象不是这样的，请检查程序是否正确。如果不合要求，就需要调整参数，甚至修改程序，再下载运行，直到满意为止。机器人创意作品的设计与实现机器人创意作品的设计与实现n 目前的现状 1、领导不重视、不支持；2、机器人套件的配置参差不齐；3、教师缺乏机器人教学能力和技术；4、没有外在显著的成绩；5、学生对此没有兴趣。n 机器人课程越来越重要！信息技术科目中设置了“人工智能初步”选修模块；通用技术科目中设置了“简易机器人制作”选修模块；机器人相关的科技教育活动方兴正艾；机器人创意作品的设计与实现
13、机器人创意作品的设计与实现n 机器人的相关知识 机器人学是一个综合性学科。是人类科技的不断发展和进步的产物。是人工智能。机器人相关的学科：机械、电子、计算机、自动化控制、人工智能、材料等等学科。机器人的发展水平是一个国家工业水平的体现。机器人创意作品的设计与实现机器人创意作品的设计与实现n 机器人的创意设计n 设计的源泉来自：设计者的灵感。n 设计要求：灵感的塑造者。灵感像水、要求如杯n 技术实施：实现的手段与方法。如何塑造灵感。机器人创意作品的设计与实现机器人创意作品的设计与实现n 设计的思路与流程机器人创意作品的设计与实现机器人创意作品的设计与实现n 设计步骤一 将灵感和设计要求结合，充分
14、考虑设计要求的细节。制定初步的创意与方案，该步骤称为创意与提案环节。该环节的关键：解放思想、激发创造热情，充分发挥集体的智慧。设计的灵感往往来自于一个念头的闪现，在团队中，大家需要互相学习互相鼓励，激发每个人的创造热情。机器人创意作品的设计与实现机器人创意作品的设计与实现n 设计步骤二 根据设计要求对设计方案进行可行性分析。可行性分析需要考虑到的因素：技术条件 性价比 时间周期 设计要求（比赛策略：竞赛型机器人）人员条件 环境因素机器人创意作品的设计与实现机器人创意作品的设计与实现n 设计步骤三 仿真或者采用模型验证 在可行性分析的基础之上，对机器人的设计方案进行验证，验证的主要。主要手段有：
15、仿真：计算机设计的软件模型。模型：加工制作简单的模型进行原理测试。通过验证，选择其中最好的设计方案，同时保留一至两个备选方案。机器人创意作品的设计与实现机器人创意作品的设计与实现n 设计方案的创意性 广阔的想象空间，丰富的想象力；独具匠心的系统构思；正确理解设计要求与目的；独树一帜的布局与造型；结构设计的奇思妙想；机器人创意作品的设计与实现机器人创意作品的设计与实现n 机器人分类 工业机器人 民用机器人 军用机器人 Robot:1、用人手创造的劳动者2、代替人干活的机器。机器人具有的几个特征：移动功能、执行机构、感觉和智能。机器人创意作品赏析机器人创意作品赏析n 机器人创意比赛 中国青少年机器
16、人教育在线网站（robot.xiaoxiaotong.org/）n 近五年的主题与规则 2009年主题我的飞天梦 2019年主题群星璀璨世博会 2019年主题救援机器人 2019年主题仿生机器人 2019年主题社区志愿者机器人创意作品赏析机器人创意作品赏析n 选题与方案构思【优点优点】2019年的主题是“仿生机器人”。“粤剧大使”为仿人形设计，机器人模仿艺术表演，还着力宣传和保护了粤剧这个优秀的非物质文化遗产，一石二鸟。所以契合主题，寓意好。【不足不足】机器人的身高略高了一些，对人心理上会造成一些压力。例例1：粤剧大使：粤剧大使仿人机器人仿人机器人机器人创意作品赏析机器人创意作品赏析n 选题与
17、方案构思【不足不足】“雾灾天气智能激光交通引导系统”研究在雾天条件下的一种辅助导航系统，基本上与机器人的根本特征无关。尽管项目的技术不错，但是距离2019年创意比赛主题救援机器人救援机器人较远。方向性的失误。例例2：雾灾天气智能激光交通引导系统雾灾天气智能激光交通引导系统机器人创意作品赏析机器人创意作品赏析n 选题与方案构思【选题的注意事项选题的注意事项】是否是否符合主题采取一票否决制【优秀作品优秀作品】（1）紧扣主题，对主题的内涵和外延有自己的见解。（2）要有创新的亮点。【不建议的倾向不建议的倾向】在选题时随意发挥，我行我素，文不对题。每年约10%的作品不符合主题，应该在初评时加以淘汰。机器
18、人创意作品赏析机器人创意作品赏析n 创新性（技术的新颖性）2号车号车例例3：地震救援机器人：地震救援机器人【设计目标设计目标】适应震后崎岖地形、快速清除路障、搜索被困人员、构建临时安置点。【任务任务】1号车任务号车任务（由出发点驶出）：任务1：用木板将公路中间的坑洞覆盖坑洞覆盖。任务2：机械臂和升降平台，清除路障清除路障。任务3：构建临时安置点，构建临时安置点，车搭建帐篷。2号车任务号车任务（由中段驶出）：任务1：灭火灭火。任务2：水路两栖两栖。通过堰塞湖.任务3：向1号车发出配合救援请求，对方接近2号车协同救援协同救援。【问题问题】赋予机器人太多的功能，项目过度关注情节，精力放在表演上，未专
19、注创新点。对比赛理解不深。机器人创意作品赏析机器人创意作品赏析n 创新性（技术的新颖性）海岸有：a）水母耳风暴预测仪，b）垃圾处理设备，可搜索和收集海边白色垃圾，c）根据鱼鳔产生的浮力，抵消吊装货物的重力进行吊装，d）矿物提取装置。【优点】作品时尚比较精致。【不足】情节类，专注搭建，创意不足。例例4：仿生海岸：仿生海岸机器人创意作品赏析机器人创意作品赏析n 创新性（技术的新颖性）例例5：仿生机器水黾：仿生机器水黾 构想参考了卡内基梅隆大学、哈工大的类似作品，但又不同。浮力由羽毛得到。经实验：19.7下纯水的表面张力系数为7.280102N/m。所选羽毛尺寸：5cm1cm（长宽）。羽轴两侧斜生许
20、多并行的羽支羽支，各羽支两侧又排列羽小羽小支支。羽支远端的1列羽小支有许多羽纤支羽纤支。于是表面张力的有效长度粗略估计为100cm左右。计算得表面张力约7g。支架电路+驱动系统质量5g。【点评点评】项目体现两个科学知识点：1）有对羽毛疏水性产生的表面张力的初步分析。2）水黾的仿生原理。在制作（包括电路）和实验的基础上做成可演示的机器人。成本低！水黾：成本50元！机器人创意作品赏析机器人创意作品赏析n 创新性（技术的新颖性）例例6：折叠移动支架：折叠移动支架几代样机研发轨迹【点评点评】可折叠、可变形，以适应场地空间变化。研发了几代样机。研发过程表明是自己的思考和反复试验完成的。在机构方面有新颖性
21、。机器人结构由四个三棱柱杆件组成，两两通过合页铰接。电机提供动力使机器人产生伸缩变形，折叠时三棱柱彼此靠紧，空间缩小；展开呈正方形。两种形态下履带均能位于机身下方起到驱动作用。机器人创意作品赏析机器人创意作品赏析n 创新性（技术的新颖性）【优秀作品的特点优秀作品的特点】（1）有创新点（技术新颖性）有创新点（技术新颖性）。中小学生原创作品实际上少之又少，不可苛求。有时可以退而求其次，在原理、材料、集成、设计、工艺等的某个点或某一方面追求有限程度的技术新颖性。（2）证实新想法或揭示某个科学原理证实新想法或揭示某个科学原理。（3）深入、朴实、就事论事深入、朴实、就事论事。【不建议的倾向不建议的倾向】
22、（1）场面大，场景豪华，元素多，内容宽泛，无创新点。（2）情节化，忽视新颖性，混同科普作品。不少作品将“创意”误解为是设计“情节”，“讲故事”，“机器人嘉年华”。（3）成人化倾向。机器人创意作品赏析机器人创意作品赏析n 创新性的几个方面（1 1）材料创新）材料创新：“粤剧大使粤剧大使”在材料上也有创新。结合环保，用瓦楞纸粘接作为躯干材料。先计算机绘图，然后激光切割，再将平面纸一张张粘接成立体结构。机器人创意作品赏析机器人创意作品赏析n 创新性的几个方面（2）集成创新：）集成创新：集成创新是把传统的单元技术、结构方式组合起来，赋予新的功能。集成创新成功与否关键在于构思如何，创意巧不巧。例例7：“
23、神州不倒神州不倒”尽管网络上可以找到一些参考资料，但将之付诸实现并不容易。机器人用乐高组件搭建，难度在于借助实时检测机器人姿态角，通过反馈控制算法，实现机器人在水平面两个自由度上的倒立摆式的自主动态平衡。需要掌握传感器-电机-单片机-本体组成的系统集成技术。学生首先训练的洞学生首先训练的洞察力，而非创造力察力，而非创造力，是更多地利用现，是更多地利用现有的资源进行再创有的资源进行再创作，而非自己进行作，而非自己进行原始创新。原始创新。机器人创意作品赏析机器人创意作品赏析n 创新性的几个方面例例8：乒乓球陪练机器人：乒乓球陪练机器人 作品在机器人小车和巡线的基础上加进发球机构和回球弹射装置。在单
24、元技术上没有更多的变化，但巧妙地将弹射、巡线、拾球、回球机构组合成一个新系统，赋予新的功能。构思巧妙，互动性好。机器人创意作品赏析机器人创意作品赏析n 创新性的几个方面（3）结构创新）结构创新例例9：弹钢琴机器人：弹钢琴机器人 左下图是科研单位研发的弹钢琴机器人样机。右下图是一个靠自制零件搭建成的简单的弹钢琴机器人。在结构设计上虽然简单，粗糙，但也能满足要求。所谓结构创新是不模仿传统套路，而是因地制宜，因陋就简。弹钢琴机器人科研样机弹钢琴机器人创意作品机器人创意作品赏析机器人创意作品赏析n 创新性的几个方面例例10：蛙式跳跃仿生机器人蛙式跳跃仿生机器人【优点优点】从网络查询青蛙跳跃原理,分解蛙
25、跳动作和时序，搭建了三代样机。用气缸模拟青蛙肌肉，以压缩空气为动力。跃高13cm，跃距50cm。机器人全部制作都在家独立完成。难能可贵。【不足不足】（1）仿人or仿蛙？矛盾（2）创新点的描述？（3）能量的估算（4）篇幅过多（14页）（5）连续跳？性能好的标志性判据？向前？后？机器人创意作品赏析机器人创意作品赏析n 创新性的几个方面例例11：乒乓陪练机器人：乒乓陪练机器人【优点优点】用集成技术制作捡球、发球机器人（上、下旋球等）。可自动随机改变方向与速度。是学生们的构思、自制，难能可贵。【不足不足】研制报告过于简单。机器人创意作品赏析机器人创意作品赏析n 创新性的几个方面例例12：机器宠物：机器
26、宠物（1 1）创意来源创意来源：从老龄社会、空巢现象（社会问题），联系自身创意动机：一是外公、外婆喜欢狗；二是自己学习紧，无法常回家，注意到空巢老人的寂寞。两个原委感同身受，选择宠物狗的创意顺理成章，萌自生活。（2 2）创意技法创意技法：一是借助“联想类比法”。从网络了解宠物猪、羊、猫、狗、鼠、海豹等机器宠物的精神慰藉功能和结构。二是决定采用“形态仿生法”。不仅模仿基本动作，还神形兼备。研究了狗的骨骼构造，捕捉和抽象狗肢体动作特点，测定动作幅度、关节运动角度，做运动分析和建模。以此决定机器狗的基本尺寸、骨骼长度和外形。研究过程比较科学规范，方法有可复制性。机器宠物（机器狗）的外形狗的骨骼机器人创意作品赏析机器人创意作品赏析n 创新性的几个方面例例13：智能鞋柜：智能鞋柜作品终版模型 项目是“旧瓶装新酒”，即以乐高为主材搭建，实现独自的创意设计。创意来源于现实生活。下图“玄关”家家司空见惯，作者通过细致入微的观察，从众人不经意处提炼创意的灵感，映证了这样的话：“一个创意就能改变生活”。接着，作者又通过调查研究验证了创意的合理性合理性：一个三口之家的玄关往往需存放20双鞋。随之确定了项目目标项目目标：鞋柜应该节省空间、快速存取、实用美鞋柜应该节省空间、快速存取、实用美观观。玄关一角：诸鞋杂陈谢谢您的聆听谢谢您的聆听!
