第9课《在仿真环境中走迷宫》教案.docx

第9课 在仿真环境中走迷宫 教案 绵阳中学 苏远龙教材分析：1 教材概况仿真系统以优化机器人硬件和软件设计、缩短研发周期、节约成本为特色，解决机器人设计过程中的不足。本节是全新的一节，主要以纳英特的仿真系统来介绍，通过其NSTRSS软件的介绍，掌握如何搭建场地，如何在仿真状态下设计一个机器人，在仿真环境下测试机器人三个大部分。 教学目标知识与技能： 认识仿真下的虚拟机器人； 能用NSTRSS设计场地、构建机器人并利用仿真环境进行组队测试。情感态度与价值观：自由无限，创意无限，只有想不到，没有做不到。2 教学重难点 重点：用NSTRSS仿真系统设计迷宫场地；搭建走迷宫的机器人；利用仿真环境进行组队测试。 难点： 设计场地；搭建机器人。学生分析： 通过上节学习我们了解了传感器，并使用它们进行走迷宫的实践练习，对走迷宫的机器人从设计到算法分析、程序设计都有一个了解，那么如何更加高效的设计我们自己的机器人并调试出来，我们可以使用虚拟仿真软件来完成任务，有了本节内容他们会更加有兴趣投入到机器人的创新、创造活动中来 。教法与学法：1 教法：示例讲解 任务驱动 辅导答疑2 学法：仔细观察，多动手实践，讨论交流 教学设施 多媒体网络教室，NSTRSS仿真系统，仿真专题论坛系统教学过程：引入 在前面的课程中我们学习了有关机器人相关知识，并自己去动手设计、搭建、调试了相关任务的机器人。今天我来学习虚拟机器人，进入仿真系统的走迷宫机器的仿真演示。一 、关于仿真系统什么是仿真系统？仿真系统是机器人的设计、实现，完全在虚拟的环境中，以虚拟的形式出现，它以优化机器人硬件和软件设计、缩短研发周期、节约成本为特色，解决机器人设计过程中的不足。二，初识NSTRSS软件NSTRSS是NST科技新近推出的一款以.NET平台为基础，使用Microsoft DirectX9.0技术的3D机器人仿真软件。用户通过构建虚拟机器人、虚拟环境，编写虚拟机器人的驱动程序，模拟现实情况下机器人在特定环境中的运行情况。NSTRSS与市面上的同类产品相比，它具有如下的特点：1 全3D场景。用户可自由控制视角的位置，角度，甚至以第一人称方式进行场景漫游。2 逼真的仿真效果。采用虚拟现实技术，高度接近实际环境下的机器人运动状态，大大简化实际机器人调试过程。3 实时运行调试。运行时，依据实际运行情况，调整机器人参数，帮助用户快速实现理想中的效果。4 自由灵活的机器人搭建与场地搭建。用户可自由选择机器人及其配件，进行机器人搭建，可自行编辑3D训练比赛场地，所想即所得。5 单人或多人的对抗过程。用户可添加多个机器人，自由组队进行队伍间对抗。6 与NSTRobot无缝连接。NSTRobot生成的控制程序代码可有NSTRSS直接调用，大大节省编程时间。NSTRSS带您进入全新的3D仿真世界，自由无限，创意无限。7，系统配置要求操作系统:win98,win2000全系列,winXp,win2003 server运行环境:.Net Framework v1.1,DirectX 9.0c最低硬件配置：600MHz以上主频的CPU,128M内存,8M显存以上的3D显卡.支持1024×768分辨率,16bit颜色的监视器，声卡。推荐配置：1G以上主频的CPU,256M内存,64M显存的3D显卡，支持1024×768分辨率,16bit颜色，75Hz刷新率的监视器，声卡。 3，打开C：PROGRAMFILENSTRSSNSTRSS.EXE 启动系统。其C：PROGRAMFILENSTRSS下MAP目录存放场地背景图，而ROBOT目录下存放仿真机器人。4，先睹为快。进入仿真系统，选择“快速启动”运行“机器人走迷宫”，感受一下三维立体空间中的机器人仿真运动。如下图所示：三、搭建仿真场地任务要求：画场地底图；导入场地图到仿真系统中；搭建场地实物1， 画场地底图底图是搭建场地的依据，比赛中一般对场地的大小、颜色等均作一定要求，一定要按要求的大小（实际尺寸）作图。如一个2.5M*1.5M的场地，文件的尺寸应为250*150像素。2， 实例画一个迷宫底图，并保存到MAP文件夹里，文件格式为JPG，文件名为“我设计的迷宫图地图”。（师）实例化： 3，导入场地图（师演示）步骤：1，打开仿真系统的主菜单的“场地编辑”进入场地搭建窗口。 2，在表示场地的“绿地”上单击右键，选择“设置属性”，这时窗口的左边会弹出场地属性设置对话框；3，在“场地纹理”中选择巳保存的场地图文件，如“我设计的迷宫图地图”；4，按住左键移动，改变视角，和观察视角，其效果图如图9-6所示； 5，确定。4，场地实例搭建 搭建场地的墙壁，墙壁由“方体”代替。方法步骤：1，在“现有部件类型列表”中选择“方体”，此时屏幕左上角有一个“方体”预览；2，单击“添加部件”，方体被加在场地中；3，右键选取“方体”，选择“设置属性”； 4，设置其颜色、重量、长、宽、高和位置。注意：可以采用复制、粘贴加快搭建。部件的位置和方向不能用鼠标拖动，只能用属性设置面板中箭头按钮移动位置，用“”旋转方向。其旁边的移动倍数，如*10,*5等可调整其移动速度。5，动手做一做（学生活动） 将场地底图发到每一个机器的MAP目录下，要求学生搭建其它墙壁并安放圆柱形的家具。 教师辅导、答疑。四、搭建机器人该模块利用系统提供的各种机器人配件完成机器人从零件到整机的搭建。系统采用装配点的思想，快速、准确的实现配件的装配过程。机器人搭建环境：在主菜单中选择“机器人搭建”，进入搭建窗口。窗口右边的搭建面板介绍：选择要搭建的机器人类型：选择新建，则从机器人最原始状态开始搭建；选择其他项目，则对已搭建完成的机器人进行编辑；巳完成的机器人有祼机、走黑线机器人、迷宫机器人、灭火机器人、指南针机器人。：选择需要搭建的部件种类，用以快速查找部件。主要类型有：传感器，轮子，马达。：当前机器人组件类型所包含的具体配件。：用右键选中3D中的部件，点击可从参数设置从设置部件的位置、方向等各个参数。：选中现有部件类型列表中的部件，点击可添加此部件到“工作桌面”。：用右键选中3D中的部件，点击可删除此部件。演示：安装马达和轮子步骤方法：1， 初始化机器人；l 选择“新建”，右键选中“机器人主机”，这时机器人主机被一个白色的立体框框住，表明处于选中状态；l 参数设置，选中机器人进行三维空间的调整，以X，Y，Z三个方向的坐标来调整；l 前后左右位置的调整：选择如“XZ平面（俯视）”，用前、后、左、右四个按钮来分别进行调整；l 上下位置的调整：坐标平选择“XY平面（正视）”，以上、下按钮来调整；l 旋转时，点击“”来旋转，分别绕“X，Y，Z轴”旋转。2， 安装马达通过“添加部件”按钮将选中的配件添加到屏幕（即“工作桌面”）后，鼠标左键选择当前添加的配件的装配点，再选择装配目的装配点，即可完成操作，具体下所示：l 选择当前添加的配件，如：Z马达，按下鼠标左键拖动，翻转目标，选取其中一个合适的装配点。l 按下鼠标左键拖动，翻转目标，选择一个合适的停靠点，如下图所示：即可完成装配。装配结果如下图： l 安装角度的旋转：选中旋转目标配件，右键打开“属性设置”，通过按钮，即可实现配件的旋转，注意：一旦配件已被安装，则只能以装配点为旋转中心进行角度的调整。如下图：l 拆卸零配件：选中拆卸目标，右键打开“属性设置“，通过“上”、“下”、“左”、“右”按钮可进行拆卸操作。l 设置马达“端口号”参数，左马达的端口号为0，右马达的端口号为1；l 点确定。3， 动手做一做安上万向轮 （学生活动）同学们自己动手做一下，给机器人安上万向轮。教师指导。注意，装配点的选择，让机器人平衡。 4，动手做一做安装传感器 （学生活动） 分别在机器人的前方、左前方45度处和左侧为机器人安装红外传感器。将其端口分别设为9、10、11。 方法：l 选择传感器类组件中的“红外避障传感器”，单击“添加部件”；l 调整其位置到机器人的正前方；l 右键选择它，单击“参数设置”；l 设定其端口号为9；l 拖动“感应区夹角”和“半径”的滑块，设置其探测范围，这时设定为30。也可根据实际情况，调整其范围；l 单击“确定”；同上，安装第二、第三两个红外传感器，设定好后点“完成”，以“我的迷宫机器人”为名保存。五、在仿真环境中测试机器人 单击主菜单的“进入仿真”，在这里进行：机器人组队设置；机器人与场地的合成；仿真运行；1， 组队设置就是对仿真比赛的规则、场地、分组情况以及机器人和其控制程序进行设置。如下图所示：其中左侧面板为设置面板，右边面板为内容预览面板。规则选择：选择比赛规则，如要编辑规则，可使用规则编辑器。场地选择：选择与项目相适应的比赛场地。分 组：选择比赛队伍名称，将各个队伍加以区别。名 称：编辑机器人名称，作为仿真中的机器人代号，接受中英文、数字。程序代码：选择程序，作为机器人的控制程序，这里选走迷宫。该列表内包含“浏览”，“新建”两个固定项目，其中“浏览”可打开应用程序安装目录以外的用户程序，执行完该操作，该文件则被被加入到当前程序列表中。“新建”则调用程序编辑器，新建一个机器人控制程序。机 器 人：选择已搭建完成的机器人“我的迷宫机器人”。加 载：打开保存的历史仿真项目。下 一 步：设置完成，进入下一步（机器人场地合成），如果有信息未设置完成，将无法进入下一步，并且会有相应的提示。2， 机器人场地合成该步骤完成机器人在场地中的初始位置设定，并且可以保存当前的仿真项目，供以后快速启动之用。进入该界面以后，窗口的左上角将会列出当前所有可用的机器人，点击机器人之后，按照提示，单击鼠标左键确定机器人在场地中的放置位置。图示如下：（注：如果场地中已经包含了起始点，则系统将自动设置机器人到起始点位置。）返 回：返回到上一步（机器人组队设置）保 存：保存当前仿真项目，供快速启动使用。进入仿真：进入仿真运行界面。3， 仿真运行教师示范机器人按照预定的设置，在控制程序的控制下完成预定的功能，系统将依据场地、机器人的搭建情况等因素进行较为真实的过程模拟。图示如下：1 各控制按钮的说明加载控制程序：在机器人选中的情况下，可变更当前的控制程序。注：如果机器人正在运行中，系统将会有提示用户首先暂停机器人的运行。开始：默认情况下，当前场景中所有的机器人将开始运行。如果某个机器人被选中，则只会运行选中的机器人，而其他的继续处于停止状态。同时，计时器开始计时。停止：默认情况下，当前场景中所有的机器人将停止运行。如果某个机器人被选中，则只会停止选中的机器人，而其他的继续处于运行状态。同时，计时器停止计时。复位：默认情况下，当前场景中所有的机器人的位置，程序等将被重置回初始状态。如果某个机器人被选中，则只会复位选中的机器人，而其他的继续处于运行状态。此时，计时器处于停止状态。俯视：从顶部向下观察整个场景。正视：从场景正前方观察整个场景。侧视：从场景的正左方观察整个场景。选择机器人或其零部件或者场地时，将显示选中物的状态，示例如右图：代码显示：显示当前选中机器人的控制代码以及当前执行的具体语句。机器人停止运行的状态下,双击代码显示列表可打开程序编辑器。显示部件本地坐标系：控制各个物体（部件）本地坐标系是否显示。（注：所谓的本地坐标系是以各物体（部件）的中心点为坐标原点的坐标系统。）返回主菜单：返回到系统主菜单。4， 保存项目文件将设计的项目保存起来，以便“快速启动”中观看运行状况。如图9-18所示。六、探索活动（学生活动）每一个同学按步骤完成仿真走迷宫机器人。教师辅导、答疑。七、我形我秀（学生活动）秀出自己的仿真迷宫机器人。八、后记