机器人的“感觉器官”

第七节机器人的“感觉器官”［教材分析］：1．教材概况本节课主要介绍机器人的各种传感器，如，声音，红外，灰度，烟雾，触动，温度等等；它如同我们的感觉器官，要会灵活的使用它们，从而控制机器人工作。

[教学目标]知识与技能：了解各种常用的传感器，并能够熟练使用红外、声音、灰度传感器，利用他们来检测声音的强弱，光值的变化，有无障碍物等。

过程与方法：实验例证，观察分析；主学习、研究；多实践，多动手，多总结。

情感态度与价值观：培养吃苦耐劳的钻研精神，动手通过实验得到第一手资料是很宝贵的。

应用所学知识来解决现实生活中的实际问题，培养信息素养。

2．教学重难点重点：声音传感器、灰度传感器等传感器的使用。

难点：如何使用各种传感器，调试、并获取相关的参考值；实现：机器人+传感器+程序=任务的完成。

［学生分析］：学生巳对机器人有所了解，能分析问题，画出流程图，编出简单任务的程序。

［教法与学法］：1．教法：实验举例任务驱动2．学法：观察，分析，取证，自主学习[课时]：2课时[教学设施]：机器人活动室，多媒体投影仪，乐高套件，纳英特套件及各种传感器［教学过程］：一、播放影片剪辑片段，引入课题（5分钟）播放影片剪辑片段《终结者2》及机器人视频《迎宾机器人》、《快乐接线员》，通过影片和视频片段，我们看到机器人具有我们人脑的一部分功能。

机器人的核心是其电脑核心，光有电脑发号施令还不行，要让机器人处理相视频中的各种复杂的事务，对周围的环境能够很快做出反应，能够完成“至欢迎词”，“能过简单接听电话”等功能，是靠各种传感器来实现的，他们好像有我们人类的眼、耳、口、鼻、舌。

什么是传感器？传感器是机器人的“感觉器官”，是一种电子元件或装置，能响应或感知被测量的物理量或化学量，并按一定规律转换成电信号，以供机器人核心识别。

它就像人的眼睛、耳朵、鼻子一样，能够感应到周围环境的信息，并把这些信息传递给机器人的“大脑”。

有了传感器，机器人就变得更加聪明了。

下图展示的是各种类型的传感器。

二、机器人的“嘴巴”和“耳朵”1、机器人的“嘴巴”：它是一个峰鸣器，也叫扬声器，可以通过它发出声音，如音符、音乐等。

2、机器人的“耳朵”：它只能分辩声音的强、弱度，返回一个电信号，用相应的数值来表示，而现在此类传感器不能分辨具体的声音，也就是没办法进行高难度、复杂的语言智能识别。

声音传感器的原理：将其连接在机器人的模拟端口上，用它感觉外界声音的强度与给定的强度比较，超过时向主机发送“有声音”，反之“无声音”。

如图所示（纳英特声控传感器）：技术指标：外形尺寸：30.5×15.0×14.5mm(长×宽×高) 重量：20g额定电压：直流电源5.0V 线长：17.2cm±0.2cm调节方式：多圈电阻式调节，顺时针方向旋转功率调强，逆时针方向旋转功率调弱连接方式：单条3芯排线，2510型3脚插头安装方式：单颗Ø3螺丝安装返回值：有声音返回1，无声音返回0（相对）指示方式：白灯发出绿光指示使用方法:使用单颗Ø3螺丝将声控传感器安装于要检测的环境之内，将其连接线接入任何空闭的数字传感器接口中。

声控传感器上配有信号指示灯，当有声音时指示灯会亮，还配有检测强度调节器。

欲使声控传感器在给定的环境中有无声音时，可以使其先处于相对无声音的情况中，利用距离调节器可调出给定的初始声音强度。

方法如下：a）如果指示灯不亮，将调节器顺时针方向旋转，旋转至指示灯刚刚不亮为止；b）如果灯不亮，将调节器逆时针方向旋转，旋转至指示灯刚刚亮起为止；此时，声控传感器的检测强度即为给定的强度。

实验一：测定声强相对值（将学生按4个人一小组进行分组来完成本实验任务。

）运行下面的程序：（见书P38）注意：WHILE 1 。

WEND 是一个无条件循环，始终为真，也称为死循环。

在LCD上会显示当前的声强值，如：ANALOG（4）= 100其中返回值的范围为[0，255]，声音越大，值越大，反之越小。

[师]：巡视，帮助学生测出相应声强的值；注意事项:1、环境内的声音值是个变量，要取得比较精确的环境声音值，可以在一段时间内连续取几次值，再求它们的平均数。

这种办法适用于所有的模拟传感器。

2、检测指定环境声音时，注意不要受其它声源干扰。

三、机器人的“眼睛”眼睛是人们心灵的窗户，人们80%的信息都是通过视觉获取的，所以是非常重要的器官。

机器人的视觉传感器也一样非常重要，它主要通过红外传感器或光电传感器两种传感器来“看”东西，“辨别”颜色。

现目前主要的红外传感器、灰度传感器和光电传感器：纳英特红外传感器原理和功能：红外传感器（以下简称红外）。

红外具有一对红外信号发射与接收二极管，发射管发射一定频率的红外信号，接收管接收这种频率的红外信号，当红外的检测方向遇到障碍物（反射面）时，红外信号反射回来被接收管接收，经过处理之后，通过数字传感器接口返回到机器人主机，机器人即可利用红外波的返回信号来识别周围环境的变化。

灰度传感器是模拟传感器，有一只发光二极管和一只光敏电阻，安装在同一面上。

灰度传感器利用不同颜色的检测面对光的反射程度不同，光敏电阻对不同检测面返回的光其阻值也不同的原理进行颜色深浅检测。

在有效的检测距离内，发光二极管发出白光，照射在检测面上，检测面反射部分光线，光敏电阻检测此光线的强度并将其转换为机器人可以识别的信号。

用途范围：-通过检测光强变化计数人数-通过测试反向光强来辨别颜色-测量一个光源的光强类型和供电要求:有源模拟传感器典型应用和说明:实例1：沿黑线机器人。

实例2：在交通模型中，控制路灯在晚上自动打开。

实例3：自动门。

实验二：分别用不同的传感器来检测迷宫场地地面（黑色）和白线的灰度值。

方法一：将书上P40的图7-5程序编写好并下载到纳英特机器人内存中，检测其灰度值。

实验结论填写在书上。

方法二：不用编程将乐高光电直接在其输入端口1上面，打开电源按一下RCX上VIEW，将光电分别对白色物体和黑色物体上，观察其LCD上显示的数值。

乐高光电读取值的范围为（0~100）实验结论（白色物体的读取到的灰度值应大于50，黑色物体的灰度值应小于50）。

注意：各品牌的传感器只能用于本品牌的电脑核心上，不能相互混用。

四、机器人的“鼻子”人们用鼻子来分辨气味，机器人的“鼻子”是用气体分析仪做成的，当遇到某类气体其电阻会发生变化，这样电路上反应出来，机器人接受到后，从而实现如报警等处理方式。

现在我们就来了解一下机器人的“鼻子”吧。

原理和功能：检测环境是否有烟雾和烟雾的浓度，例如检测起火时的浓烟。

烟雾探头碰到烟雾或某些特定的气体，烟雾探头内部阻值发生变化，产生一个模拟值，从而对其进行控制。

烟雾传感器利用烟雾敏感电阻受烟雾（主要是可燃颗粒）浓度影响阻值变化的原理向机器人主机发送烟雾浓度相应的模拟信号。

纳英特的烟雾传感器烟雾传感器是模拟传感器，接在主板（A2-A6）模拟口跟扩展板的（A16-A31）模拟口。

使用前先预热1—5分钟（开机1-5分钟后使用）。

在无烟的房间内，烟雾传感器测试的返回值大概在75左右。

例如：你可以点支香烟，距离烟雾50公分左右时，烟雾传感器测试的返回值在110左右，浓烟时，烟雾传感器测试的返回值在180左右。

编程应用示例：While 1Print “Bottom=%d”,analog(4)//烟雾传感器接在模拟口4上Sleep 0.5WEND运行程序，观察液晶屏显示可知：烟雾浓度越高，返回值越大；烟雾浓度越低，返回值越小。

注意事项:1、环境内的烟雾浓度值是个变量，要取得比较精确的环境烟雾值，可以在一段时间内连续取几次值，再求它们的平均数。

这种办法适用于所有的模拟传感器。

2、检测指定环境烟雾时，注意不要受其他烟雾源的干扰。

3、烟雾探头上装有滤烟网，注意在使用时不要堵塞滤烟网，否则会影响检测效果。

4、可以点支香烟，测试烟雾传感器的效果。

[实验]：本实验由老师完成，学生只观看其结果，实验中注意防火。

五、机器人的“触觉”人们用通过身体部分的触觉器官如触碰、温度、温度来感知外界，作出反应。

而机器人的触觉传感器仍然是都过相应的触敏元件来反馈接触信号，从而主机处理接受到信号。

使用方法与技巧见网上资源：/robot/RCX/99xx.aspRCX传感器介绍篇。

使用方法与技巧见网上资源：/kzhfj/6.html/kzhfj/1.html实验三：用乐高机器人做一个碰墙返回的机器人。

步骤1，用乐高设备搭一个机器人，最前面安一个触碰传感器。

2，在ROBLAB中编写如下的程序，并下载到乐高RCX的中。

程序表示：A、B马达一直前进，当1号端口的触动传感器碰到墙后马上退回来。

自主学习、探究：自主探究其余的几个传感器。

六、机器人的电源机器人的电源是其动力的核心，没有一个稳定的供电系统，你的机器人就无法很好运转，它是一切的有本之源。

现目前的所有教育机器人一般都使用直流的9V~12V供电，可采用锂电池、碱性电池、可充电的镍氢电池和相应的交流变压器。

建议大家平时训练和实验时都使用可充电电池，这样一次性投入可以得到一个经济实惠、稳定的电源。

七、练习：1．将已经认识的几种传感器，填写在下表中。

2.探索活动设计一个声控机器人，无声音时原地不动，“听”到声音时立即向前运动。

八、后记。