山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社XINXIJISHUCHUZHONGDILIUCE信息技术初中第6册山东出版传媒股份有限公司山东教育出版社出版（济南市纬一路321号）山东新华书店集团有限公司发行山东省莒县彩印有限公司印装开本：787毫米1092毫米116印张：6字数：135千定价：10.88元（上光）书号：ISBN978-7-5701-0464-22019年1月第1版2020年1月第2次印刷著作权所有请勿擅用本书制作各类出版物违者必究山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社XINXIJISHU主编：赵可云执行主编：赵亮副主编：刘兴强郑洁编委会：（以姓氏笔画为序）万班刘晶杜春晓李爱云李雪梅畅立强周燕梅传俊遇铁龄本册主编：梅传俊李雪梅编写人员：梅传俊李雪梅张红云徐伟敬刘兴强李爱云万班夏文强张洪美钱翠萍责任编辑：赵鑫莹王利美术编辑：邢丽插图：张奕信息技术（初中）编委会山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社前言FOREWORD本套教材以教育部关于全面深化课程改革落实立德树人根本任务的意见和山东省教育厅中小学信息技术学科德育实施指导纲要（试行）为指引，统筹考虑中小学信息技术课程指导纲要（试行）的要求进行编写，以期培养和提升学生的信息素养，全面落实“立德树人”根本任务。本套教材在课程架构上从基础性和拓展性两方面进行整体设计，主要具有以下特点。1.采用项目主题式设计理念。每个单元围绕一个项目主题进行设计，改变以往单纯以知识或技能的逻辑性进行编排的方式，兼顾了知识的整体性、逻辑性和趣味性。2.重视学生自学能力、探究意识和思维能力的培养。坚持问题导向和任务驱动，通过“探究实践”“小试身手”“教你一招”等方式，让学生充分体验学习信息技术的乐趣，培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力。3.简明实用，内容生动。秉持“学为中心”的设计思路，力求简明准确，图文并茂，富有趣味性和启发性，使学生看得懂、学得会、爱探索、愿实践。4.突出评价的导向作用。使用SOLO分类评价理论指导教材编写，充分发挥评价的导向作用，以评促思，以评促学，以评促教。因编者水平和能力有限，难免有不足之处，恳请广大读者提出宝贵意见。信息技术（初中）编委会XINXIJISHU山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社目录CONTENTS第一单元无人驾驶新体验1第1课走进机器人世界2第2课我的小车更灵活10第3课我的小车更智能15第4课奔跑吧，我的车22第5课挑战极限，我的车27主题活动35第二单元生活APP我开发38第6课我教弟弟认动物39第7课我帮妈妈测健康48第8课我帮爷爷做运动57第9课我帮奶奶拨电话（1）65第10课我帮奶奶拨电话（2）72主题活动79拓展阅读智能时代已来临83XINXIJISHU山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社XINXIJISHU1无人驾驶新体验第一单元无人驾驶汽车是智能汽车的一种，也称为轮式移动机器人，主要依靠车内以计算机系统为主的智能驾驶仪来实现。本单元我们将通过虚拟现实技术，将机器人设计进行高度的三维仿真，实现任务场景设计、智能机器人搭建、程序设计、运行模拟等功能。让我们带着梦想和创意，以虚拟机器人平台为开发环境，开启探索机器人世界的旅程吧！学完本单元，你将能够：1.了解虚拟机器人的运行环境。2.学会搭建虚拟机器人并编程控制其运动。3.能够用不同搭建和编程方式完成无人驾驶任务。山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社XINXIJISHU2初中第6册新知园地机器人（Robot）是一种自动机械，由计算机控制，具有一定的人工智能，能代替人做某些工作。虚拟机器人（BOTs），一般是指基于自然语言处理的智能会话系统，它是融合了多元人工技术的智能机器人。本单元所说的虚拟机器人是指在仿真平台下搭建的机器人。虚拟机器人仿真平台主要包括任务管理页面、搭建机器人页面、编写程序页面和仿真页面，如图1-1、图1-2、图1-3、图1-4所示。第1课走进机器人世界1.初步掌握简单机器人的搭建。2.学会控制机器人的前进和后退。3.体验搭建机器人、编程并仿真运行的过程。学完本课你将能够：什么是机器人？什么是虚拟机器人？虚拟机器人有什么神秘之处？它是如何进行搭建、编程、仿真的？让我们一起走进虚拟机器人世界，探索机器人的奥秘吧!图1-1任务管理页面图1-2搭建机器人页面山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社第一单元无人驾驶新体验XINXIJISHU3第1课走进机器人世界一、走进仿真平台双击虚拟机器人仿真平台快捷方式“”，自动进入登录界面，如图1-5所示。输入用户名、密码，选择服务器然后单击“”按钮登录。仿真流程如图1-6所示。图1-3编写程序页面图1-4仿真页面图1-5登录界面图1-6仿真流程探究实践一仿真环境探秘第1步：登录平台后，打开“鲁教初中信息技术教材专区”，选择“无人驾驶新体验”任务。第2步：单击右上角“”，选择“机器人_12跑道竞速”，单击山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社XINXIJISHU4初中第6册其中操作按钮功能如图1-8所示。第5步：单击“开始”按钮开始仿真，单击“重置”按钮回到初始状态。教你一招鼠标右键拖拽改变查看视角，滚动滚轮实现缩放，点击仿真页面右上角的关闭按钮，可以退出当前仿真环境，并回到在线仿真平台页面。图1-7仿真页面开始停止编辑程序视角切换重置暂停编辑机器人图1-8操作按钮功能“确定”按钮，完成机器人选定。第3步：单击“”，选择“程序_12跑道竞速”，单击“确定”按钮，完成程序选定。第4步：选择房间并单击“”进入房间开启仿真运行环境，如图1-7所示。山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社第一单元无人驾驶新体验XINXIJISHU5第1课走进机器人世界二、搭建机器人登录进入任务大厅后，选择“我的小车向前冲”任务。任务描述：机器人在120秒内从起点出发，前进到正前方的目标区域，如图1-9所示。要完成“我的小车向前冲”任务，首先需要搭建机器人，然后给机器人编程，最后进行机器人仿真运行，在这个过程中需要不断调整机器人结构和程序以达到最佳效果。图1-9“我的小车向前冲”任务探究实践二搭建“我的小车向前冲”机器人第1步：进入搭建机器人页面。进入任务大厅后，单击“”按钮，选择“”，单击“”进入搭建机器人页面。第2步：添加控制器。控制器是机器人的大脑，搭建机器人首先从添加控制器开始。选择“零件库”面板的“控制器”列表，单击第2个控制器图标（带有4个直流电机空位），鼠标移到编辑区，在编辑区单击，即将此控制器添加到机器人编辑区，如图1-10所示。图1-10添加控制器山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社XINXIJISHU6初中第6册第3步：安装直流电机。单击“零件库”面板的“驱动”列表，单击第3个直流电机，鼠标移到编辑区，在编辑区单击，将此电机添加到编辑区。参照图1-11，完成直流电机的安装。用相同方法依次安装其他三个直流电机。第4步：设置直流电机属性。选中左前方电机，名称修改为“直流电机_左前”；控制器端口选择1；勾选“反转电机”，如图1-12所示（单击电机，可查看它的转动方向，如图1-13所示）。图1-12直流电机属性设置图1-13直流电机转动方向直流电机名称在编程时便于识别选择“反转电机”时实际转向与程序设置相反选择控制器端口用于程序驱动图1-11安装直流电机a.调整视角看到安装点1.单击选择安装点2.单击目标安装点3.安装到目标安装点b.调整视角看到目标安装点山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社第一单元无人驾驶新体验XINXIJISHU7第1课走进机器人世界三、编写程序虚拟机器人仿真平台和Arduino开发板一样都需要编写程序来控制。它可以使用IROBOTQ（VPL）语言、ROBO-LOGO语言编程控制，还能使用Python语言来控制。我们这里使用IROBOTQ（VPL）语言来编程，它是一种可视化的编程语言，结构与流程图类似，非常直观。用同样的方法安装其他三个电机并设置属性，参数如图1-14所示。图1-14“我的小车向前冲”机器人结构名称：直流电机_左前端口：1反转电机：选中名称：直流电机_左后端口：2反转电机：选中名称：直流电机_右前端口：3反转电机：不选名称：直流电机_右后端口：4反转电机：不选第5步：安装轮子。单击“零件库”面板的“驱动”列表，单击第6行第1个轮子，鼠标移到编辑区，在编辑区单击，将此轮子添加到编辑区。参照安装直流电机的方法，分别安装四个轮子。第6步：保存并退出。将机器人保存为“我的小车向前冲”，并退出。探究实践三编写“我的小车向前冲”程序第1步：进入编写程序环境。进入任务大厅后，单击“”按钮，选择“”，单击“”进入编程环境。第2步：新建程序。单击“新建”按钮，选择“我的小车向前冲”机器人，单击“确定”按钮。第3步：添加“多直流电机驱动”。单击“指令库”面板中的“驱动”，选择山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社XINXIJISHU8初中第6册教你一招“”，鼠标移到编辑区空白处，单击鼠标左键添加到编辑区。第4步：建立连接。拖拽“”的出口连接点，连接到“”的入口连接点，完成程序的连接。第5步：设置各端口属性值。选中多直流电机驱动“”，在右侧属性面板中勾选端口1、2、3、4，分别将转速值设为10，如图1-15所示。第6步：保存并退出。将程序保存为“我的小车向前冲”，并退出。选择要驱动的直流电机输入转速值选择正、反转图1-15多直流电机驱动属性如果多直流电机驱动的所有端口的属性都一样，可以先设置其中一个端口的属性，然后单击“应用所有”按钮，即可快速设置电机属性。小试身手进入任务大厅，打开“鲁教初中信息技术教材专区”，选择“我的小车向前冲”任务，进入房间进行仿真。巩固提升1.仿照“我的小车向前冲”实例，完成“我的小车向后退”任务。山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社第一单元无人驾驶新体验XINXIJISHU9第1课走进机器人世界2.用其他控制器或改变机器人结构完成“我的小车向前冲”任务。成果分享1.评选出搭建最合理、最高效的“我的小车向前冲”机器人，并说明理由。2.比一比谁的得分最高，并分享经验。知识链接机器人探秘在很多人的认知里，机器人一般都存在于高科技实验室或科幻影视作品中，它们形如变形金刚、伊娃、瓦力、大白等。而现实生活中，人们根据不同的用途研制出不同的机器人，它们有的可能“有手无头”，有的可能“三头六臂”那么，什么才是机器人呢？机器人就是一种自动执行工作的机器，它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，它的任务是协助或替代人类的某些工作。1920年，捷克作家卡雷尔卡佩克在他的科幻小说罗萨姆的万能机器人中，根据Robota（捷克文，原意为“劳役、苦工”）和Robotnik（波兰文，原意为“工人”），创造出“Robot（机器人）”这个词。设计机器人时要遵循三个原则：机器人不应该伤害人类，应该遵守人类的命令，并且应该能够保护自己。山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社XINXIJISHU10初中第6册新知园地一、差速转向探秘车辆除利用前轮转角实现转向外，还可以通过控制左右两个驱动轮的转速来实现。虚拟机器人一般是通过差速原理来实现转向的，其原理为：当左右轮子的速度与方向均相同时，小车前进或后退，如图2-1和2-2所示；当左右轮子一侧轮子不动，另一侧轮子转动时小车以不动轮为轴，左转或右转，左转如图2-3所示；当左右轮子方向相同但速度不同时，小车的行驶方向会偏向速度慢的一侧，即左转或右转，左转如图2-4所示；当左右轮子的速度相同而方向相反时，小车原地转圈，左转圈如图2-5所示。第2课我的小车更灵活1.了解机器人差速转向的原理。2.学会控制机器人的左转和右转。3.体验创意机器人、飞行机器人的搭建和控制。学完本课你将能够：机器人已经迈出了前进的第一步，但它行动还不够灵活，如何控制其灵活转向呢？让我们一起来探究吧！图2-1前进图2-2后退图2-3以左轮为轴左转山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社第一单元无人驾驶新体验XINXIJISHU11第2课我的小车更灵活我们利用这个原理，来做向左转任务。任务描述：机器人在120秒内，由起点出发，先前进到拱门再左转到目标区域，如图2-6所示。图2-4左转图2-5原地左转圈图2-6“我的小车更灵活_左转”任务探究实践一完成“我的小车更灵活_左转”任务第1步：选择任务。登录平台，打开“我的小车更灵活_左转”任务。第2步：搭建机器人。打开“我的小车向前冲”机器人，另存为“我的小车更灵活_左转”。第3步：编写程序。进入“编写程序”环境，为“我的小车更灵活_左转”机器人编写程序。（1）直行程序编写。选中“”，拖拽下方的出口连接点，选择“驱动-多直流电机驱动”，选中多直流电机驱动“”，在右侧“属性”面板中勾选端口1、2、3、4，并分别将转速值设置为8，如图2-7所示。（2）延时段程序编写。拖拽“”的出口连接点，选择“驱动-延时”，将“延时”设为10000毫秒。“延时”模块用于控制程序等待指定的时间后再执行下面的模块，时间单位为毫秒（ms）。延时过程中，机器人保持原来的运动状态不变。（3）左转程序编写。继续拖拽出口连接点，选择“驱动-多直流电机驱动”，图2-7直行直流电机参数山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社XINXIJISHU12初中第6册勾选端口1、2、3、4，分别将转速值设置为8，并将1、2端口反转，如图2-8所示。（4）添加延时。添加330毫秒延时。（5）继续前进。仿照直行程序块编写程序（选中程序块，用“操作”菜单中的“复制”与“粘贴”可以提高效率）。程序完成后如图2-9所示。第4步：保存并退出。将程序保存为“我的小车更灵活_左转”，并退出。第5步：调试。在仿真运行中调试并改进程序。图2-8左转直流电机参数图2-9左转程序二、机器人搭建进阶完成某些任务时，有时对机器人的尺寸、重量、部件会有要求，各部件性能也各有优越性。所以机器人的搭建很关键，了解各部件的性能，掌握一定的技巧就显得特别重要。坐标系统：仿真平台采用的坐标系统如图2-10所示，红、绿、蓝色线条分别表示X、Y、Z轴的正方向，XZ平面为水平面。前方：模型的前方是指模型在添加到编辑区时，未经任何旋转时，朝向+Z轴（蓝色）的方向。视角操作：仿真平台中的画面是“摄图2-10仿真坐标系统山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社第一单元无人驾驶新体验XINXIJISHU13第2课我的小车更灵活小试身手参照图2-12、2-13创意搭建三轮车机器人或四轮飞碟机器人，并完成向右转任务。图2-12三轮车机器人图2-13四轮飞碟机器人三、别拦我，让我飞放飞梦想，挑战极限。飞行，无疑是提高速度的好选择。以图2-14中的飞行器为例，它的升空是利用螺旋桨升力实现的，当升力超过飞行器自身重量时它就飞起来了。它的前行是利用飞行器倾斜角来控制的，倾斜角是由四个螺旋桨的速度差决定的。图2-14飞行器探究实践二用“飞行器”完成向左转任务第1步：机器人搭建。选取“正方形控制器”、第四个“直流电机”、风扇叶，完成飞行机器人的搭建。分别将左前、左后、右前、右后电机设置为1、2、3、4号端口，并分别设置为“反转电机”。像机”拍摄到的内容。要从不同的方向观看这些模型，需要调整“摄像机”的位置和朝向，视角的操作是对3D空间中的虚拟“摄像机”进行操作，如图2-11所示。图2-11视角操作面板环绕查看移动缩放切换视角山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社XINXIJISHU14初中第6册巩固提升1.用飞行器机器人分别完成“前进”“后退”“向右转”任务。2.尝试用直升机控制器完成“前进”任务。成果分享评选出“前进”“后退”“向左转”“向右转”各项任务得分的前三名，并分享经验。知识链接人工智能和阿尔法围棋人工智能（ArticialIntelligence，缩写为AI）是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。人工智能是计算机科学的一个分支，旨在了解智能的实质，并生产出一种新的能以与人类智能相似的方式做出反应的智能机器。该领域的研究包括机器人、语言识别、图像识别、自然语言处理和专家系统等。人工智能从诞生以来，理论和技术日益成熟，应用领域也不断扩大，可以设想，未来人工智能带来的科技产品，将会是人类智慧的“容器”。人工智能是对人脑思维机理的模拟。人工智能不是人的智能，但能像人那样思考，也可能超过人的智能。阿尔法围棋（AlphaGo）是第一个击败人类职业围棋选手、第一个战胜围棋世界冠军的人工智能机器人，其主要工作原理是“深度学习”。图2-15飞行完成向左转任务程序第2步：编写程序。分别将1、2、3、4号端口的电机转速值设为98、100、99、100，延时3800毫秒，再添加“多直流电机驱动”，并将1、2、3、4号端口的电机转速值全部设为50，完成降落，如图2-15所示。山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社第一单元无人驾驶新体验XINXIJISHU15第3课我的小车更智能新知园地一、无人驾驶新体验任务描述：机器人从起点出发沿跑道行走，最终到达终点。在行走过程中机器人不能脱离跑道掉落到地上。跑道由直线、转弯、上下坡、起伏路等组成，底色为白色，两侧有可供检测的橙色边线，如图3-1所示。要让机器人不脱离跑道，就要让它在橙色边线内部行走，即检测到左边沿边线时向右转弯，检测到右边沿边线时向左转弯，否则就直行。机器人是如何检测到边线的呢？跑道中左右边沿都设置了橙色边线，用灰度传感器很容易检测到它。第3课我的小车更智能1.学会安装和使用灰度传感器。2.学会使用“if判断”和“while永远循环”模块。3.体验无人驾驶的乐趣。学完本课你将能够：机器人已经可以灵活转弯，但究竟什么时候转弯，什么时候停止？它的智能从哪里来？让我们一起给它增加眼睛与智慧吧！图3-1“无人驾驶新体验”任务山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社XINXIJISHU16初中第6册灰度传感器相当于机器人的“眼睛”，常用于检测颜色的差别，它可以将检测到的各种颜色转换成灰度值，数值介于0-255之间，纯白色的灰度值为255，纯黑色的灰度值为0。如图3-2所示。图3-2灰度传感器图3-3取颜色值图3-4橙色位置灰度值在仿真视图下，使用如图3-3中的取颜色值，在物体上单击可得到该处的灰度值，如图3-4所示。小试身手尝试在仿真视图下，用取颜色值工具检测橙色边线和跑道底色的灰度值，并把它们记下来。探究实践一搭建“无人驾驶新体验”机器人第1步：选择任务。登录平台，打开“无人驾驶新体验”任务。第2步：添加安装块。进入搭建机器人环境，在“我的小车向前冲”机器人的基础上，前方安装113的安装柱，然后再安装一个117的安装柱和两个115的安装柱，如图3-5所示。第3步：添加灰度传感器。在安装块的两侧分别安装一个灰度传感器，方向朝山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社第一单元无人驾驶新体验XINXIJISHU17第3课我的小车更智能下。左侧传感器重命名为“灰度传感器_左”，设置为31号端口；右侧传感器重命名为“灰度传感器_右”，设置为32号端口，如图3-6所示。图3-5添加安装块图3-6添加灰度传感器二、控制模块探秘控制模块是用来对程序流程的选择、循环等进行控制的模块。“while条件循环”模块用于在满足一定条件下重复执行一些模块，如图3-7所示，当满足条件容器中的条件时，循环执行，否则跳出循环。“while永远循环”是“while条件循环”的特例，用于永远重复执行一些模块，如图3-8所示。“if判断”模块用于决策，与“endif”模块成对使用。执行方式为：判断容器内的条件，如果条件成立（true），则执行“条件成立开始连接点”上连接的模块；如果条件不成立（false），则执行“条件不成立开始连接点”上连接的模块，如图3-9所示。图3-7条件循环图3-8永远循环入口连接点入口连接点循环体连接点循环体连接点循环外连接点循环外连接点条件容器循环体结束连接点循环体结束连接点山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社XINXIJISHU18初中第6册入口连接点出口连接点图3-9if判断模块条件成立开始连接点条件不成立开始连接点条件容器条件成立结束连接点条件不成立结束连接点VPL编程语言编出的程序，近似于实际流程图，可读性非常高。探究实践二编写“无人驾驶新体验”程序编程思路：循环执行判断左右灰度传感器的值是否小于170，用到永远循环模块。如果“灰度传感器_左”小于170，则说明机器人检测到左侧橙色边线，要右转；如果“灰度传感器_右”小于170，则说明机器人检测到右侧橙色边线，要左转；否则直行。第1步：添加永远循环模块。从“开始”的出口连接点下拉，找到“流程-while永远循环”单击。第2步：添加“if判断”模块。从“while永远循环”循环体连接点下拉，找到“流程-if判断”单击。如图3-10所示。第3步：添加“if判断”条件。在“if判断”模块的条件容器中右击鼠标，选择“”，然后在“”的左容器中右击鼠标选择“”并设置为“灰度传感器_左端口：31”，最后在“”的右容器中右击鼠标选择“”并设置“常量int”的数值为170，如图3-11所示。图3-10while循环和if判断山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社第一单元无人驾驶新体验XINXIJISHU19第3课我的小车更智能图3-11添加if判断条件图3-12条件成立时右转图3-13条件不成立时还需要判断第4步：条件成立分支程序编写。下拉“if判断”条件成立开始连接点，单击“驱动-多直流电机驱动”，设置“多直流电机驱动”参数，勾选端口1、2、3、4，转速值皆为8，1、2正转，3、4反转，如图3-12所示。第5步：条件不成立分支程序编写。下拉“if判断”条件不成立开始连接点，选择“流程-if判断”，如图3-13所示。第6步：“if判断”程序编写。参照步骤3、4、5完成该“if判断”程序编写。山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社XINXIJISHU20初中第6册教你一招单击“操作-自动排列”按钮，各模块可重新调整排序。巩固提升1.尝试更改直流电机转速值，提高得分。2.尝试优化机器人结构，体验速度与激情。成果分享1.选出班级无人驾驶设计师10人，并请他们说说改进方案。“”设置为“灰度传感器_右端口：32”，“if判断”左侧多直流电机驱动参数勾选端口1、2、3、4，转速值皆为8，1、2反转，3、4正转。右侧勾选端口1、2、3、4，转速值皆为8、正转。完成全部程序编写，如图3-14所示。图3-14无人驾驶完整程序山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社第一单元无人驾驶新体验XINXIJISHU21第3课我的小车更智能2.小组讨论用哪个控制器更适合无人驾驶任务，并说明理由。知识链接无人驾驶汽车无人驾驶汽车是通过车载传感系统感知道路环境，自动规划行车路线并控制车辆到达预定目标的智能汽车。它是利用车载传感器来感知车辆周围环境，并根据感知所获得的道路、车辆位置和障碍物信息，控制车辆的转向和速度，从而能够安全、可靠地在道路上行驶。无人驾驶汽车集自动控制、体系结构、人工智能、视觉计算等众多技术于一体，是计算机科学、模式识别和智能控制技术高度发展的产物，也是衡量一个国家科研实力和工业水平的一个重要标志，在国防和国民经济领域具有广阔的应用前景。山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社XINXIJISHU22初中第6册新知园地一、速度与激情挑战挑战极限不仅给人以快感，还可以激发进取的动力。在机器人搭建和编程上多思考、多实践是提高速度的关键。在“无人驾驶新体验”任务中，转向是影响速度的重要因素。采用如图4-1的机器人结构，让机器人“夹”着跑道跑，可以很好地解决这个问题。第4课奔跑吧，我的车1.了解伺服电机工作原理。2.学会伺服电机的安装与使用。3.体验创意搭建的乐趣。学完本课你将能够：影视作品中的赛车片段，除了带给我们屏住呼吸的紧张感，还会带给我们新奇与刺激。让我们优化小车搭建，挑战速度极限吧！图4-1奔跑中的机器人示意图在任务要求中，规定“机器人的直径不得超过5米”，出发后则不再限制。这就需要在搭建机器人时，让力臂处于收拢状态，出发后再放下。用伺服电机可解决力臂的收放。山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社第一单元无人驾驶新体验XINXIJISHU23第4课奔跑吧，我的车伺服电机是一种驱动轴可旋转到指定角度且可保持在此角度的驱动部件，它不能像直流电机一样连续旋转，其旋转角度为-180-+179。伺服电机常用于控制机械手臂、仿生类机器人（昆虫、动物）、类人机器人或其他完成特定动作的机械结构，如图4-2所示。伺服电机有两种安装点，方形安装点用于固定，圆形安装点为驱动轴。驱动伺服电机时，其圆形安装点上安装的部件可以转动。出发前的机器人如图4-3所示。图4-2伺服电机探究实践一搭建“速度与激情”机器人第1步：选择任务。登录平台，打开“无人驾驶新体验”任务。第2步：添加控制器和后轮。进入搭建页面，选择“相机形控制器”，后方两侧安装直流电机（很轻），左侧直流电机设置为2号端口，反转电机，右侧直流电机设置为4号端口，在左右两侧分别安装直径5厚度2，摩擦力很大的轮子。如图4-4所示。图4-4控制器和后轮图4-5添加前轮支架教你一招为了增加机器人与地面的摩擦力，可利用风扇的反向作用力增强压载。伺服电机风扇叶图4-3出发前机器人伺服电机山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社XINXIJISHU24初中第6册图4-8左驱动轮第3步：添加前轮支架。在控制器前方安装1个111和1个115的安装柱，再安装2个119的安装柱，如图4-5所示。第4步：安装左侧伺服电机。选择“驱动”“伺服电机-小”，将伺服电机“圆形安装点”朝后安装，设置为91号端口，反转电机，如图4-6所示。第5步：安装左侧滑动轮、压载装置。在伺服电机的圆形安装点上安装119的安装柱，设置“操作-旋转X：30”（若夹角与图中所示不同，则选中安装柱按空格键调整）。安装111的安装柱，上部安装“轴向随动机构”，安装4个直径2、厚度1的轮子。下部安装直流电机（很轻），设置为7号端口。安装风扇叶，如图4-7所示。第6步：安装左侧驱动轮。首先在伺服电机的方形安装点上安装111的安装柱，然后安装直流电机（很轻）和直径3、厚度1的轮子。直流电机设置为1号端口，反转电机，如图4-8所示。第7步：安装右侧伺服电机、滑动轮、压载装置和驱动轮。参照步骤第46步完成右侧伺服电机、滑动轮、压载装置和驱动轮的安装。设置右侧伺服电机为92号端口，右驱动电机为3号端口，风扇叶电机为8号端口，如图4-9所示。第8步：安装尾部压载装置。尾部安装直流电机（很轻）和风扇叶，直流电机设置为9号端口，如图4-10所示。第9步：增加前方驱动。在机器人前方安装113的安装柱，左右各安装直流电机（很轻）和直径3、厚度1的轮子。左侧直流电机设置为5号端口，反转电机，右侧直流电机设置为6号端口。完成后，整个机器人结构如图4-11所示。图4-10尾部压载装置图4-11完整机器人结构图4-7左压载与导向轮图4-6左伺服电机图4-9两侧驱动与压载装置山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社第一单元无人驾驶新体验XINXIJISHU25第4课奔跑吧，我的车二、完美转向显奇功“速度与激情”机器人没有任何侦测装置，它是利用导向轮随着跑道曲度转向的。探究实践二编写“速度与激情”程序第1步：放下力臂。从“开始”出口连接点下拉，找到“驱动-多伺服总时间驱动”，驱动总时间（毫秒）为500，勾选“伺服电机-小端口：91”和“伺服电机-小端口：92”，值均设置为150。如图4-12所示。图4-12放下力臂图4-13完整程序第2步：奔跑、增加压感。下拉多伺服总时间驱动的出口连接点，选择“驱动-多直流电机驱动”，勾选1-9号端口，并将1-9号端口的值分别设置为20、20、20、20、20、20、200、200、200。完成后的程序如图4-13所示。巩固提升1.尝试更改直流电机转速值，提高得分。2.尝试优化机器人结构，体验速度与激情。成果分享1.分享你的成绩，共享改进措施。山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社XINXIJISHU26初中第6册2.展开小组间的团体赛，评出全班团体总分前两名的小组。知识链接机器人分类从应用环境出发，将机器人分为两大类，即工业机器人和特种机器人。工业机器人就是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。特种机器人则是除工业机器人之外的、用于非制造业并服务于人类的各种先进机器人。包括：服务机器人、水下机器人、娱乐机器人、军用机器人、农业机器人等。一般来说，生活中比较常见的机器人有：扫地机器人，是智能家用电器的一种，能凭借一定的人工智能，自动在房间内完成地板清扫、吸尘、擦地等工作。早教机器人，是专门服务于儿童早教、培养孩子学习兴趣的教育类机器人，能唱歌、跳舞、讲故事等。水下机器人，是一种工作于水下的极限作业机器人，用于军工、科考、民用及大众娱乐等领域。山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社第一单元无人驾驶新体验XINXIJISHU27第5课挑战极限，我的车新知园地一、悬挂系统减震及前轮转向在“无人驾驶”任务中，减震和转向是问题的关键。真正的汽车悬挂系统是依靠弹簧和避震器来实现减震的，我们如何在“无人驾驶”机器人中实现减震呢？在如图5-1的机器人前轮驱动结构中，利用伺服电机1和悬挂结构解决减震问题，利用伺服电机2的旋转来实现前轮转向。利用障碍传感器和灰度传感器同时探测跑道，用海拔高度计辅助定位，用指南针传感器辅助调整机器人的前进方向。第5课挑战极限，我的车1.了解障碍传感器、海拔高度计和指南针传感器的使用方法。2.学会全局变量的定义与赋值。3.体验子程序调用的便捷。学完本课你将能够：“速度与激情”机器人的速度很快，但如果限制机器人的运行尺寸，它就不能用了。让我们进一步在搭建和编程上下功夫，挑战极限吧！21图5-1减震和转向图5-2障碍传感器图5-3海拔高度计图5-4指南针传感器山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社XINXIJISHU28初中第6册障碍传感器（图5-2）用于判断在指定的检测距离内有无障碍物，检测到障碍时返回1，没检测到障碍时返回0。海拔高度计（图5-3）返回传感器相对海平面的垂直距离，返回值为整型数值，常用于检测机器人在行进过程中的高度变化。指南针传感器（图5-4）用于获取方向，返回其前方（指南针上标有“N”的方向）与场景的正北（+Z轴）方向的夹角，返回值为0-359度。指南针传感器常用于使机器人转到某个方向，或使机器人沿某个方向行进。使用指南针传感器时需要水平安装，且指针面朝上，否则可能无法正常工作。探究实践一搭建“挑战极限”机器人第1步：安装伺服电机。选用第一个控制器，左前方安装伺服电机_小，电机圆形安装点朝外。第2步：制作悬挂系统与转向驱动装置。在伺服电机上安装112的安装柱，操作旋转X：-40，安装113的安装柱，操作旋转X：-50，再安装112的安装柱。安装伺服电机_小，圆形安装点朝下，设置为91号端口。安装直流电机（较重），设置为1号端口，反转电机，如图5-5所示，然后安装轮子。图5-6左压载与传感器图5-5悬挂系统第3步：安装压载装置与探测传感器。在悬挂系统上方安装112的安装柱、直流电机（很轻）和风扇叶，直流电机（很轻）设置为5号端口。前方安装113、115和111的安装柱，其中111的安装柱“操作旋转X：-60”。安装灰度传感器（端口31，操作旋转X：30）和障碍传感器（端口33，操作旋转X：-145），如图5-6所示。山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社第一单元无人驾驶新体验XINXIJISHU29第5课挑战极限，我的车第4步：安装其他驱动、海拔高度计和指南针传感器。参照第2步、第3步安装其他三个悬挂驱动以及压载装置。右前方悬挂系统设置如下：转向伺服电机，端口92；直流电机（很轻），端口6；直流电机（较重），端口3；灰度传感器，端口32；障碍传感器，端口34。左后方悬挂系统设置如下：转向伺服电机，端口93；直流电机（很轻），端口7；直流电机（较重），端口2，反转电机。右后方悬挂系统设置如下：转向伺服电机，端口94；直流电机（很轻），端口8；直流电机（较重），端口4。在机器人上方安装海拔高度计（端口35）和指南针传感器（端口36）。完毕后如图5-7所示。前图5-7完整的机器人结构二、优化算法提效率1.跑道分段：如图5-8所示的跑道中，机器人根据不同路况应采用不同的转向策略是提高速度的关键。整个跑道可分为6段：（1）起点-1：上坡直行（2）1-2：270度上坡右转（3）2-3：桥上直行（4）3-4：540度下坡右转（5）4-5：侧向直行（6）5-6：转弯至终点图5-8跑道分段教你一招构建机器人时，对于重复性的结构(如直流电机和轮子组合)，使用模板可大大提高搭建效率。山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社XINXIJISHU30初中第6册探究实践二编写“挑战极限”程序第1步：定义变量。找到“变量-”，选中并在编辑区单击，找到“变量-”，放置两个变量，并分别将变量名改为“角度”和“时间”，如图5-9所示。图5-9定义变量图5-10停止子程序第2步：定义“_停止”子程序。找到“控制-子程序”，修改名称为“_停止”，下拉出口连接点，找到“驱动-停止直流电机”，勾选端口1、2、3、4，如图5-10所示。第3步：定义“_直行”子程序。跑道分段有多种策略，我们首先用计时完成第一段直行任务。新建子程序，修改名称为“_直行”，下拉出口连接点，选择“驱动-开始计时”，添加“条件循环”，条件为“计时81”，将1、2转速值改为16，3、4转速值改为10，最后调用“_停止”并添加延时200毫秒，如图5-16所示。第9步：侧向直行段程序。将常量240赋值给变量“角度”，常量1300赋值给变量“时间”，调用子程序“_按角度直行”，让角度偏大一些，可让机器人避免下滑。第10步：定义“_调整直行”子程序。最后一段跑道高度起伏严重，不能使用障碍传感器，行走速度也要降低。复制“_按角度直行”子程序，改名为“_调整直行”，用灰度传感器作为转向条件，如果左灰度传感器值小于170，则右转（设置“驱动总时间”为1，91、92端口伺服电机目标角度为-50），如果右灰度传感器值小于170，则左转（设置“驱动总时间”为1，91、92端口伺服电机目标角度为10），否则直行（设置“驱动总时间”为1，91、92端口伺服电机目标角度为0）。电机1-4转速值为18，5-8转速值为100，如图5-17所示。完整主程序如图5-18所示。图5-15主程序图5-16下坡右转子程序赋值给变量“角度”，常量2000赋值给变量“时间”，调用子程序“_按角度直行”，系统会用这两个变量值替换子程序中的变量值，如图5-15所示。山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社山东教育出版社第一单元无人驾驶新体验XINXIJISHU33第5课挑战极限，我的车图5-17调整直行子程序图5-18完整主程序教你一招选中需要复制的子程序或模块，单击“操作复制”，再单击“操作粘贴”，将鼠标放到程序编辑区空白处单击，根据需要修改子程序名称和参数，以提高编程效率。巩固提升1.尝试更改直流电机参数值，提高得分。2.尝试优化机器人的程序，看能否跑出更高的成绩。成果分享1.小组讨论，推选出一名组员作为本班级的参赛代表，参加班级