机器人巡线教案和任务单.docxVIP

引言：探索机器人的“循迹”智慧

机器人巡线，作为机器人技术入门的经典项目，不仅能让学习者直观理解自动控制原理，更能在实践中培养逻辑思维与问题解决能力。本教案旨在引导学习者从理论认知到动手实践，逐步掌握巡线机器人的基本工作原理、组装调试及程序编写，最终实现机器人沿特定路径自主行驶的目标。这份教案与配套任务单，适用于具备初步机器人搭建基础的学习者，通过循序渐进的引导，揭开机器人“循迹”的神秘面纱。

一、教案部分

教学对象与背景

本课程面向对机器人技术有初步兴趣的学习者，建议已掌握基础的机械搭建和简单编程逻辑。学习者应具备一定的空间想象能力和动手操作能力，年龄范围建议在小学高年级至初中阶段，或同等认知水平的爱好者群体。

教学时长建议

根据教学深度和学习者接受能力，建议总时长为3-4课时（每课时约45-60分钟）。可根据实际情况拆分或合并理论讲解、实践操作与调试优化环节。

教学目标

通过本课程的学习，学习者应能够：

1.理解巡线机器人的基本工作原理，特别是光电传感器在识别路径中的作用。

2.掌握巡线机器人的基本结构组成，并能独立或协作完成机器人的搭建与传感器、电机的正确连接。

3.学会分析简单路径（如黑线、白线）的特征，并能根据传感器反馈逻辑，设计或编写基本的巡线控制程序。

4.培养面对问题时的观察、分析与调试能力，体验从设计到实现再到优化的完整工程过程。

5.激发对机器人技术和自动化控制的探索热情，培养科学探究精神和团队协作意识（如分组进行时）。

教学重点与难点

*重点：光电传感器的工作原理与应用；巡线逻辑（如“跟随边界”、“中间值检测”）的理解；机器人结构与程序的匹配。

*难点：传感器安装位置与高度对检测效果的影响及调整；程序参数（如电机速度、转向灵敏度）的优化与调试；不同光照条件下巡线稳定性的保证。

教学准备

*硬件：

*机器人主控板（如带有电机驱动和传感器接口的控制器）

*直流减速电机（2个，带车轮）

*万向轮或辅助支撑轮（1-2个）

*巡线传感器模块（通常为红外对管传感器，数量2个或以上，用于检测黑白线）

*机器人结构套件（如金属或塑料型材、连接件、螺丝等，用于搭建车体）

*电池或稳压电源

*黑白巡线赛道（可打印或用黑色电工胶带在白色底板上粘贴制作，包含直线、简单弯道）

*软件：

*与主控板配套的编程软件（如基于图形化编程或C语言、Python等）

*教学资料：

*传感器datasheet（可选，供深入了解）

*机器人搭建示意图或参考模型

*程序流程图或示例代码片段

*多媒体课件（PPT等，包含原理图示、步骤分解）

*环境：

*光线相对稳定的教室或实验室

*工作台面（用于搭建和调试机器人）

教学过程

第一阶段：情境导入与原理探究(约1课时)

1.兴趣激发与问题提出：

*展示一段机器人巡线比赛的视频或演示一个简单的巡线机器人实物。

*引导提问：“这个机器人是如何知道沿着黑线走的？它‘看’到了什么？”

*引出本课主题：我们也来制作一个会“循规蹈矩”的机器人。

2.巡线原理探究：

*路径识别：讲解地面路径（通常为黑色线条在白色背景上，或反之）的对比度特征。

*传感器奥秘：介绍红外光电传感器的工作原理——发射红外线，接收反射光。黑色物体吸收光线多，反射少；白色物体反射光线多。传感器根据接收到的光强不同，输出不同的信号（数字量或模拟量）。

*可进行简单演示：用手遮挡传感器，观察其指示灯变化或通过连接到控制器读取数值变化。

*机器人如何决策：以两个传感器为例，讲解基本的巡线逻辑：

*当左侧传感器检测到黑线（或白线，视具体设定），右侧未检测到时，机器人应如何转向？

*当右侧传感器检测到黑线，左侧未检测到时，机器人应如何转向？

*当两个传感器都检测到黑线或都未检测到时，机器人又该如何行动？

*机器人结构组成：简要介绍巡线机器人所需的基本部件：大脑（控制器）、肌肉（电机）、眼睛（传感器）、骨骼（车体结构）。

第二阶段：机器人搭建与硬件连接(约1课时)

1.结构设计与搭建指导：

*引导学生思考：电机如何安装才能保证机器人直线行驶？传感器安装在什么位置最合适（通常在车体前方底部，靠近地面）？高度如何确定？

*提供搭建示意图或参考模型，学生分组或独立进行机器人底盘的搭建。

*重点关注：车轮的对称性、传感器的安装牢固度与探测方向。

2.硬件电路连接：

*指导学生按照控制器说明书，正确连接电机到电机驱动端口，连接巡线传感器到指定的数字或模拟输入端口。

*强调电源正负极不要接反，避免短路。

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