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第9课机器人机械手【教材分析】本课将舵机原理加入到教学内容中，拓展了学生机器人的应用范围，帮助学生了解学生机器人的“拓展积木”和“辅助设备”。流程图的设计对学生学习机器人起到重要作用，学生能根据流程图选用合适的拓展模块来搭建需要的机器人结构，并进行必要的调试和整合。【学情分析】舵机是一种位置（角度）伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。本课首次把舵机运用到机器人机械手的搭建中，学生不了解舵机的作用，在教学时教师要把舵机的特点和作用讲解清楚，学生要能知道如何控制舵机。【教学目标与要求】了解机器人机械手活动以及舵机和红外传感器的工作原理，学会检测学生机器人机械手抓取、搬运、推动等活动，能够编写学生机器人机械手检测物体、处理物体的程序。体验学生机器人机械手程序实验过程，感受机器人模块的互动特点。【教学重点与难点】重点：1.机器人机械手程序的搭建。2.舵机的组合方式。难点：1.学会设置舵机参数。2.设置学生机器人机械手抓取、搬运、推动的程序。【教学方法与手段】实验法、自主探究法、任务驱动法。【课时安排】安排2课时。【教学准备】舵机、部分拓展积木。【教学过程】第一课时教学环节教师与学生活动设计意图一、导入出示车间里搬运车抓取物品、运送物品的视频。（观看视频）师：同学们，刚才你观察到搬运车是怎样抓取物品、运送物品的了吗？生：搬运车运动到物品前，张开手臂，将物品夹住，然后转向，将物品运送到指定地点，遇到远一点的，还将手臂伸长，再抓住物品，进行运送。师：观察得真仔细，今天我们也可以搭建这样一个有手臂的小车来运送物品，它就是机器人机械手。（出示课题）机器人机械手是机器人教学单元中运用拓展模块（舵机）进行搭建的内容之一，从观看视频出发，从而引出机械手的概念，也帮助学生了解机械手的作用。二、认识舵机师：在刚才同学们观看的视频中，机器人实行的动作是搬运车，搬运车在日常生活中很常见，你们见过吗？生：汽车生产车间装配汽车零件、啤酒厂装配酒瓶盖等。（生举例说明）师：学生机器人可以增加舵机和模块积件来完成搬运车的基本动作。这项实验是利用车前端的红外传感器和舵机来完成的。介绍舵机：舵机是一种位置（角度）伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。舵机可以控制角度变化的速度，位置精度非常准确，可完成机相对直流电机而言，舵机具有一些特性。从实际生活经验入手，让学生掌握舵机的使用方式。器人的某些动作。舵机有两种类型：一种是往复柱塞式舵机，其原理是通过高低压油的转换而做功产生直线运动，并通过舵柄转换成旋转运动。另一种是转叶式舵机，其原理是高低压油直接作用于转子，体积小而高效，但成本较高。三、设置舵机师：讲解舵机的定义（操作演示）。选中“执行控件”，选择舵机，可以对舵机进行设置。理解舵机的控件模块，领略设置方式。四、认识机械手师：机器人搬运货物的运动主要通过机械手来完成，机械手的主要是使用两个舵机控制机械手臂，从而完成搬运、推动等动作。学生根据要求，动手搭建机械手拓展结构模块。（教师巡视辅导）搭建机械手拓展结构模块是本课教学的重点，需要教师和学生共同认真、仔细地完成。五、本课小结这节课我们主要了解机器人机械手的工作原理及所需模块，也尝试动手搭建了机械手拓展结构模块，同时学习了简单设置舵机，下节课我们将对搭建好的机械手进行程序编写。第二课时教学环节教师与学生活动设计意图一、编写机器人机械手流程图师：搭建一个简单搬运夹，再利用机器人前端的红外传感器来检测前方是否有物体，如果有物体就将其搬走，如果没有物体则继续前进。（学生自行搭建）师：机械手由3个舵机、若干个结构模块、2～3个舵机链接等组成。通过设计流程图，让学生理解机器人机械手运动的基本原理，为后面的学习打下基础。二、机器人机械手程序编写1.新建一个程序。2.设置第一个舵机。加入一个重复执行语句，在机器人模块中选择“设置舵机接口1红色5V橘色信号棕色GND输出角度为90°”模块，加入重复语句中，设置输出角度为45°，等待1秒后，设置输出角度为0°，再等待1秒。3.设置第二个舵机。继续设置第二个舵机的输出角度，设置舵机接口4的输出角度为135°，等待1秒后，将第二个舵机的输出角度设置为45°，再等待1.5秒。4.设置第三个舵机。继续设置第三个舵机的输出角度，设置舵机接口5的输出角度为30°，此时，机械手夹具打开，等待1.5秒后，设置舵机的输出角度为105°，此时，机械手夹具闭合，再等待1.5秒。5.设置机械手抓取的动作程序。继续加入“设置舵机接口1红色5V橘色教师将程序的详细过程编写出来，并且及时上传Arduino程序至Arduino主板上，下载到机器人机身上进行实践活动，让学生感受程序由文字变为机械手的实际运动。信号棕色GND输出角度为90°”模块，分别设置舵机接口为4的输出角度为45°、等待1.5秒后，再设置第二舵机的输出角度为135°。等待1.5秒后，舵机接口1的输出角度为45°，等待1秒后，设置它的输出角度为90°，再等待1秒。此时，机械手完成先回收再旋转90°的动作。6.设置机械手搬运动作的程序。设置舵机接口4红色5V橘色信号棕色GND输出角度为45°，等待1.5秒后，再设置舵机接口5的输出角度为30°。等待1.5秒后，舵机接口5的输出角度为105°，等待1.5秒。舵机接口4的输出角度为90°，等待1.5秒后，设置舵机接口4的输出角度为135°，再等待1.5秒。此时，机械手完成先向前伸，再将夹具打开，再闭合夹具，回收机械手的动作。7.上传程序。保存完整程序，上传Arduino程序至Arduino主板上，下载到机器人机身上，进行活动实验。三、学生机器人机械手实验生：根据教师的指导，修改机械手的结构，编写机械手的程序，尝试实验。（学生动手操作，教师巡视辅导）给予学生充分的练习时间和实验机会，让学生感受机械手的乐趣。四、总结与展示学生按组轮流展示实验情况，并进行小组间评价，再进行修改展示。教师及时总结，鼓励创新。总结实验情况，查漏补缺，为参加机器人比赛奠定基础。【教学反思】本课通过教学让学生了解到机械手搭建中，舵机的运用与直流电机的区别，以及舵机的特殊的功能。学生在设置舵机参数和设计学生机器人机械手抓取、搬运、推动的程序时感到难度较大，但是由于事先提供了流程图，也让学生在程序编写时有条不紊，体现了流程图的重要性。【教案设计：陈祖镇（南京市莫愁新寓小学）】