巧借机器人零件实现多种创意作品.ppt

巧借机器人零件 实现多种创意作品,重庆市第八中学校 刘 超,交流的主要内容,第一部分：简易机器人标准套件的介绍与使用第二部分：机器人创意作品的设计与实现第三部分：机器人创意作品赏析,简易机器人标准套件的介绍与使用,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,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,小学机器人套件（ET502）,初中机器人套件（ET601）,简易机器人标准套件的介绍与使用,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,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,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,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,以简易报警装置为例来介绍操作过程简易报警装置 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,材料清单,简易机器人标准套件的介绍与使用,连接图,简易机器人标准套件的介绍与使用,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,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,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,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,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,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,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=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,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,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,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,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,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用,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,调试程序 程序下载运行时，注意检查控制器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,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。,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,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,机器人的创意设计设计的源泉来自：设计者的灵感。设计要求：灵感的塑造者。灵感像水、要求如杯技术实施：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,设计的思路与流程,机器人创意作品的设计与实现,设计步骤一 将灵感和设计要求结合，充分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,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,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：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,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,机器人创意比赛 中国青少年机器人教育在线网站（http:/robot.xiaoxiaotong.org/）近五年的主题与规则 2009年主题我的飞天梦 2010年主题群星璀璨世博会 2011年主题救援机器人 2012年主题仿生机器人 2013年主题社区志愿者,机器人创意作品赏析,选题与方案构思,【优点】2012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】机器人的身高略高了一些，对人心理上会造成一些压力。,例1：粤剧大使仿人机器人,机器人创意作品赏析,选题与方案构思,【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2011年创意比赛主题救援机器人较远。方向性的失误。,例2：雾灾天气智能激光交通引导系统,机器人创意作品赏析,选题与方案构思,【选题的注意事项】是否符合主题采取一票否决制【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】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。,机器人创意作品赏析,创新性（技术的新颖性）,例3：地震救援机器人,【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】1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。任务2：机械臂和升降平台，清除路障。任务3：构建临时安置点，车搭建帐篷。2号车任务（由中段驶出）：任务1：灭火。任务2：水路两栖。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。,【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，未专注创新点。对比赛理解不深。,机器人创意作品赏析,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4：仿生海岸,机器人创意作品赏析,创新性（技术的新颖性）,例5：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）。羽轴两侧斜生许多并行的羽支，各羽支两侧又排列羽小支。羽支远端的1列羽小支有许多羽纤支。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】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,创新性（技术的新颖性）,例6：折叠移动支架,【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。,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,创新性（技术的新颖性）,【优秀作品的特点】（1）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。（3）深入、朴实、就事论事。【不建议的倾向】（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,创新性的几个方面,（1）材料创新：“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,创新性的几个方面,（2）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7：“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。,学生首先训练的洞察力，而非创造力，是更多地利用现有的资源进行再创作，而非自己进行原始创新。,机器人创意作品赏析,创新性的几个方面,例8：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,创新性的几个方面,（3）结构创新例9：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,创新性的几个方面,例10：蛙式跳跃仿生机器人【优点】从网络查询青蛙跳跃原理,分解蛙跳动作和时序，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】（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,创新性的几个方面,例11：乒乓陪练机器人【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】研制报告过于简单。,机器人创意作品赏析,创新性的几个方面,例12：机器宠物（1）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）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。,机器人创意作品赏析,创新性的几个方面,例13：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：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：鞋柜应该节省空间、快速存取、实用美观。,玄关一角：诸鞋杂陈,谢谢您的聆听!,