机器人概论第六章-机器人的环境识别
苏教版高中通用技术选修3：简易机器人对环境的识别
谢谢
设计分析
要完成设计要求中的任务，必须给2号简易机器人 安装一个能识别颜色的“感觉器官”－光反射传感器。
光反射传感器由一个红外发光管和红外接收管组成。 工作时，红外发光管能发射一束红外红外线的照 射后阻值发生变化。
反射光的强弱与障碍物的颜色有密切联系。黑色物 体对光线的反射能力最差。根据橙色和黑色物体产生反 射光的强弱不同，光反射传感器即可产生不同的电信号， 经过光反射传感器驱动板处理后传送给控制电路主板中 的单片机。单片机根据传送来的信号进行处理，发出指 令，指挥机电系统协同工作，让2号简易机器人完成夹取 橙色乒乓球的动作。
模型组装
按照下列图示的步骤，组装2号简易机器人 (1)搭建底座，在其上分别安装光反射传感器板、 2号电动机齿轮箱。
装上2号电动机齿轮箱的底座
(2)将2号简易机器人主体与底座进行组合，并进行 电路的连接。
2号简易机器人主体与底座的组合
试验
1.准备。 (1)将编制好的程序写入控制电路。 (2)准备黑色和橙色乒乓球各一只。 (3)在光反射传感器上方的支架上放置一只橙色乒乓球。 2.试运行。 (1)接通电源，启动运行按钮 观察2号简易机器人是否按照设计要求完成任务。 (2)将黑色乒乓球取代橙色乒乓球，重复步骤(1) (3)根据试运行情况，调整程序，反复试验几次，使2号简 易机器人能正确、顺利快速地完成任务。
光反射传感器驱动板的任务是一方面给光反射传感 器提供发射红外线的能源，另一方面将光反射传感器传 来的信号进行处理，然后送到控制电路主板。
设计方案
1.传感器的选用。 由于光反射传感器能够较灵敏地识别橙色和黑色， 所以首选它作为2号简易判别颜色的“感觉器官”。 2.机械结构设计。 采用第二章第四节中设计的平行连杆和曲柄滑块组 成简易机械手。 3.控制电路设计。 控制电路连接示意图如下图所示。
《简易机器人对环境的识别作业设计方案-2023-2024学年高中通用技术苏教版》
《简易机器人对环境的识别》作业设计方案一、课程背景及目标随着人工智能和机器人技术的快速发展，机器人在各个领域的应用日益广泛。
本作业设计旨在通过学生自主设计和制作一个简易机器人，让学生了解机器人对环境的识别能力，并掌握基本的编程和控制技能。
二、作业要求1. 学生利用Arduino等开源硬件平台，设计并制作一个简易机器人。
2. 机器人需具备对环境的基本识别能力，比如避障、寻光等。
3. 学生需编写控制程序，实现机器人的基本功能。
4. 学生需要撰写实验报告，详细记录设计思路、制作过程和实验结果。
三、作业流程1. 第一阶段：学生钻研机器人的基本原理和工作方式，确定设计方案。
2. 第二阶段：学生采购所需材料，制作机器人的机械结构。
3. 第三阶段：学生进行电路毗连和编程设计，实现机器人的基本功能。
4. 第四阶段：学生进行实验测试，调整程序和参数，优化机器人性能。
5. 第五阶段：学生撰写实验报告，总结设计经验和教训。
四、评分标准1. 机器人功能完备性（30%）：机器人是否能够准确识别环境并做出相应反应。
2. 创新性和设计思路（20%）：学生的设计是否新颖，是否思量到了各种因素。
3. 制作质量和工艺（20%）：机器人的机械结构和电路毗连是否牢固可靠。
4. 编程和控制技能（20%）：学生的程序是否能够有效地控制机器人运动。
5. 实验报告撰写（10%）：实验报告的内容是否详尽，逻辑清晰。
五、参考资料1. 《Arduino编程入门》2. 《机器人原理与应用》3. 《机器人控制与编程》六、作业设计意义通过本次作业设计，学生将能够深入了解机器人的工作原理和应用领域，掌握基本的硬件制作和编程技能。
同时，培养学生的创新思维和动手能力，提高他们解决实际问题的能力。
希望学生在完成本次作业后能够对机器人技术有更深入的了解，为未来的进修和发展打下良好的基础。
《简易机器人对环境的识别作业设计方案-2023-2024学年高中通用技术苏教版》
《简易机器人对环境的识别》作业设计方案第一课时作业设计方案《简易机器人对环境的识别》一、课程背景随着科技的不断进步，机器人技术已经逐渐走进人们的日常生活。
机器人在各个领域的应用也越来越广泛，对环境的识别和适应能力已经成为机器人研究的重要方向之一。
本次作业设计旨在让学生通过设计简易机器人，了解机器人对环境的识别原理和技术应用，培养学生的动手能力和科学思维。
二、设计目标1.了解机器人对环境的识别原理和技术应用；2.培养学生的动手能力和团队合作意识；3.激发学生的创造力和实践能力。
三、作业设计内容1.理论学习：通过老师讲解和学生自主学习，了解机器人对环境的识别原理和技术应用；2.实践操作：学生分组设计简易机器人，并编写程序使其能够对环境进行识别；3.展示交流：学生进行简易机器人展示，并与其他组交流分享设计理念和实践经验。
四、作业实施步骤1.分组：将学生分成若干小组，每组4-5人，确保每组成员承担不同的责任和任务；2.理论学习：老师讲解机器人对环境的识别原理和技术应用，引导学生进行自主学习；3.设计方案：每组设计简易机器人的外观、结构和功能，确定机器人对环境的识别方式；4.材料准备：学生准备相应的材料和工具，开始组装简易机器人；5.编写程序：学生根据设计方案编写程序，使机器人能够对环境进行识别和反应；6.测试调试：对机器人进行测试和调试，确保其对环境的识别准确性和稳定性；7.展示交流：每组展示他们设计的简易机器人，并与其他组进行交流分享经验和心得。
五、作业评价标准1.设计方案的创新性和可行性；2.机器人对环境的识别准确性和稳定性；3.团队合作意识和个人表现；4.作品的展示效果和交流分享能力。
六、思考问题1.你所设计的简易机器人对环境的识别方式有哪些？有何优缺点？2.在设计过程中遇到了哪些困难？是如何解决的？3.你觉得机器人对环境的识别在未来会有怎样的发展和应用？通过本次作业设计，希望能够激发学生对机器人技术的兴趣，培养他们的动手能力和团队合作意识，同时也能够加深对机器人对环境的识别原理和技术应用的理解，为未来的科技发展打下良好的基础。
《简易机器人对环境的识别导学案-2023-2024学年高中通用技术苏教版》
《简易机器人对环境的识别》导学案导学目标：1. 了解简易机器人在环境识别方面的应用；2. 掌握简易机器人的基本原理和工作方式；3. 能够设计并搭建简易机器人，实现环境识别功能；4. 提高动手能力和团队合作认识。
导学内容：1. 简易机器人的定义和分类；2. 环境识别技术在机器人中的应用；3. 简易机器人的搭建和编程。
导学步骤：一、导入（5分钟）1. 引入话题：你知道什么是简易机器人吗？它们在我们平时生活中有什么应用呢？2. 观看视频：展示简易机器人在环境识别方面的应用视频，引起学生兴趣。
二、知识讲解（15分钟）1. 介绍简易机器人的定义和分类：简易机器人是一种由简单的机械结构和电子元件组成的机器人，常用于教学和娱乐等领域。
2. 探讨环境识别技术在机器人中的应用：通过传感器和编程算法，机器人可以识别周围环境的信息，从而做出相应的动作和决策。
三、实践操作（30分钟）1. 分组设计：将学生分成若干小组，每组设计一个简易机器人的搭建方案，并确定环境识别功能。
2. 动手搭建：根据设计方案，学生们动手搭建简易机器人，并毗连传感器和电子元件。
3. 编程实现：学生们进修如何编程简易机器人，实现环境识别功能，例如避障、追踪等。
四、实验展示（20分钟）1. 学生展示：每组学生展示他们设计的简易机器人，并演示环境识别功能。
2. 点评讨论：其他学生和老师对展示的简易机器人进行点评和讨论，分享经验和改进建议。
五、总结反思（10分钟）1. 总结效果：学生总结本次实验的效果和收获，讨论简易机器人在环境识别方面的应用前景。
2. 反思提升：学生思考如何改进简易机器人的性能和功能，提高环境识别的准确性和灵活性。
六、作业安置（5分钟）1. 作业要求：安置作业，要求学生继续完善简易机器人，并撰写实验报告。
2. 提醒注意：提醒学生按时提交作业，并参与下次实验。
通过本次导学案的进修，学生将深入了解简易机器人在环境识别方面的应用，掌握搭建和编程的基本技能，提高动手能力和团队合作认识，为未来的科技创新打下坚实基础。
《简易机器人对环境的识别作业设计方案-2023-2024学年高中通用技术苏教版》
《简易机器人对环境的识别》作业设计方案一、课程背景本作业设计方案是针对初中生开展的人工智能课程设计，旨在帮助学生了解简易机器人对环境的识别原理和应用。
通过本次作业，学生将学会如何应用传感器和编程技术，使机器人能够识别环境中的障碍物并做出相应的反应。
二、作业目标1. 了解简易机器人的组成和工作原理；2. 掌握传感器在机器人中的应用；3. 进修应用编程软件对机器人进行编程；4. 实践机器人对环境的识别和反应。
三、作业内容1. 学生将通过老师提供的简易机器人装配好的机器人模型，了解机器人的组成和工作原理；2. 学生将进修传感器的种类和原理，探究传感器在机器人中的作用；3. 学生将应用Scratch等编程软件，对机器人进行编程，使其能够通过传感器识别环境中的障碍物；4. 学生将通过实验，测试机器人对环境的识别和反应能力，如遇到障碍物时能够避开或遏制。
四、作业步骤1. 学生分组，每组配备一台简易机器人和一台电脑；2. 学生自行组装机器人，了解机器人的各个部件和传感器的位置；3. 学生进修传感器的种类和原理，探究传感器在机器人中的应用；4. 学生应用编程软件对机器人进行编程，设计机器人对环境的识别和反应程序；5. 学生在实验室中测试机器人的识别和反应能力，记录实验结果并进行讨论；6. 学生撰写实验报告，总结机器人对环境的识别原理和应用。
五、评判方式1. 实验表现：机器人对环境的识别和反应能力；2. 实验报告：包括实验过程、结果分析和结论；3. 团队合作：分工合作、沟通协作和团队精神。
六、作业要求1. 学生要认真进修传感器原理和编程知识，积极参与实验；2. 学生要恪守实验室规定，注意安全；3. 学生要积极与同组成员合作，共同完成实验任务。
七、作业时间安排1. 第一周：学生了解机器人的组成和工作原理；2. 第二周：学生进修传感器的原理和应用；3. 第三周：学生应用编程软件对机器人进行编程；4. 第四周：学生在实验室中测试机器人的识别和反应能力，并完成实验报告。
《简易机器人对环境的识别导学案-2023-2024学年高中通用技术苏教版》
《简易机器人对环境的识别》导学案第一课时导学目标：通过学习本节课的内容，学生能够了解简易机器人如何对环境进行识别，并能够运用所学知识进行实际操作。
一、导入新知识1. 请同学们思考一下，什么是机器人？你们对机器人有什么了解？2. 介绍本节课的主题：简易机器人对环境的识别。
简易机器人是指功能简单、操作方便的机器人，可以通过传感器对周围环境进行感知和识别。
二、学习内容1. 了解简易机器人的传感器类型：红外传感器、超声波传感器、光敏传感器等。
这些传感器可以帮助机器人感知环境中的障碍物、光线强度等信息。
2. 学习简易机器人的环境识别原理：机器人通过传感器采集环境信息，经过处理后可以做出相应的反应，比如避开障碍物、调整速度等。
3. 探究简易机器人的应用场景：简易机器人广泛应用于智能家居、智能车辆等领域，帮助人们更方便地生活和工作。
三、实践操作1. 分组进行简易机器人的组装：将各种传感器和控制模块组装到机器人上，搭建一个简易的环境识别机器人。
2. 进行环境测试：在实验室或者教室内设置障碍物，让机器人进行环境识别测试，观察机器人的反应和表现。
3. 调整机器人参数：根据测试结果，调整机器人的参数，使其更准确地识别环境并做出相应的动作。
四、拓展延伸1. 请同学们思考一下，如何改进简易机器人的环境识别能力？可以尝试添加其他传感器或者算法优化等方式。
2. 了解更多关于机器人技术的知识：可以通过阅读相关书籍、观看视频等方式，深入了解机器人技术的发展和应用。
五、课堂总结通过本节课的学习，我们了解了简易机器人对环境的识别原理和应用，通过实践操作也掌握了一定的技能。
希望同学们能够继续探索机器人技术，发现更多有趣的应用场景。
六、课后作业1. 思考一下，如果你是一名工程师，你会如何设计一个更智能的环境识别机器人？2. 继续完善你的简易机器人，尝试添加新的功能或者改进现有功能。
3. 阅读相关文章或者视频，了解更多关于机器人技术的知识，写下你的学习感受和收获。
机器人的环境识别简介PPT(17张)
机器人的环境识别
6.2 基本的图象处理方法
6.2.5 模板匹配
m |f a t|x , |f t|, (f t) 2
A
A
A
(ft)2f(ik,jl)2 t(k,l)22f(ik,jl)t(k,l)
Mi,jf(ik,jl)t(k,l) f(ik,jl)2
第六章-机器人的环境识别
6.1 触觉信息的处理 6.2 基本的图象处理方法 6.3 2维图象的处理 6.4 3维图象的处理
机器人的环境识别
6.1 触觉信息的处理
6.1.1 利用识别函数的形状识别
①物体特征参量 x1,x2,xn ，排成向量
②这些向量分布到n维空间；同类将积聚 ③构造识别函数g(X)
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19、大家常说一句话，认真你就输了，可是不认真的话，这辈子你就废了，自己的人生都不认真面对的话，那谁要认真对待你。
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20、没有收拾残局的能力，就别放纵善变的情绪。
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1、不是井里没有水，而是你挖的不够深。不是成功来得慢，而是你努力的不够多。
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2、孤单一人的时间使自己变得优秀，给来的人一个惊喜，也给自己一个好的交代。
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13、时间，抓住了就是黄金，虚度了就是流水。理想，努力了才叫梦想，放弃了那只是妄想。努力，虽然未必会收获，但放弃，就一定一无所获。
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14、一个人的知识，通过学习可以得到;一个人的成长，就必须通过磨练。若是自己没有尽力，就没有资格批评别人不用心。开口抱怨很容易，但是闭嘴努力的人更加值得尊敬。
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15、如果没有人为你遮风挡雨，那就学会自己披荆斩棘，面对一切，用倔强的骄傲，活出无人能及的精彩。
二值化处理的关键就是阀值的选择。目前比较成熟的应 用汽车牌照的识别，乐谱的识别（音乐机器人），文字的 识别（扫描仪）等
《简易机器人对环境的识别导学案-2023-2024学年高中通用技术苏教版》
《简易机器人对环境的识别》导学案第一课时一、前言本次实验将通过搭建一个简易的机器人模型，利用红外线传感器和超声波传感器实现对环境的识别和避障功能。
通过这个实验，同学们将掌握机器人传感器与电机控制的基本原理，以及如何利用传感器数据来实现智能控制，提升对机器人技术的理解和应用能力。
二、实验目标1. 了解红外线传感器和超声波传感器的工作原理。
2. 学习使用Arduino开发板进行控制与编程。
3. 实现机器人对环境的识别和避障功能。
三、实验材料1. Arduino开发板 x12. 电机 x23. 红外线传感器 x14. 超声波传感器 x15. 电池盒 x16. 电池 x47. 麦克风 x18. 万向轮 x19. 铜板 x110. 丝杆 x211. 螺母和螺栓若干四、实验步骤1. 搭建机器人模型：根据提供的图纸和材料，搭建机器人模型，确保电机能够正常转动，各传感器能够正常连接。
2. 编写程序：使用Arduino编写程序，通过红外线传感器和超声波传感器获取环境信息，根据传感器数据来控制机器人的前进、后退、左转、右转等动作。
3. 调试程序：将编写好的程序烧录到Arduino开发板上，连接电源，运行程序进行调试，确保机器人能够根据环境信息进行相应的动作。
4. 测试实验：在指定的环境中测试机器人的避障功能，观察机器人能够正确识别障碍物并避开的情况。
五、实验注意事项1. 在进行实验时，避免碰撞机器人，以免损坏电路和传感器。
2. 注意电源的连接顺序和极性，避免短路和反接。
3. 在程序烧录和调试时，注意保护好Arduino开发板，避免插拔不当导致板子损坏。
4. 在测试机器人避障功能时，保持环境安静，避免外界干扰。
六、实验总结通过本次实验，同学们掌握了红外线传感器和超声波传感器的工作原理和应用方法，学会了如何利用Arduino开发板进行控制与编程，实现了机器人对环境的识别和避障功能。
通过实践操作，同学们不仅提升了对机器人技术的理解和应用能力，还培养了团队合作和问题解决能力，为未来的科技创新打下了坚实的基础。
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X2 X1
X2 X1
机器人的环境识别
6.1 触觉信息的处理
6.1.1 利用识别函数的形状识别
①物体特征参量 x1, x2 , xn，排成向量
②这些向量分布到n维空间；同类将积聚 ③构造识别函数g(X)
g( X ) w1x1 w2 x2 wn xn wn1
机器人的环境识别
6.3 2维图象的处理
6.3.1 物体的位置检测
（1）软管的组装I
1.假定孔是暗的，周边是亮的
机器人的环境识别
6.3 2维图象的处理
6.3.1 物体的位置检测
（2）软管的组装II
2.孔的中心可以看到对面 内壁
Xc
xc
A1
A2 w
,
Yc
yc
A3
A4 w
机器人的环境识别
6.3 2维图象的处理
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作业标准记得牢，驾轻就熟除烦恼。 2020年 10月1 6日星 期五12 时12分 50秒1 2:12: 5016 October 2020
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好的事情马上就会到来，一切都是最 好的安 排。下 午12时 12分5 0秒下 午12时 12分12 :12:5 020.1 0.16
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一马当先，全员举绩，梅开二度，业 绩保底 。20.1 0.162 0.10.1 612:1 212:1 2:501 2:12: 50Oct -20
二值化处理的关键就是阀值的选择。目前比较成熟的应 用汽车牌照的识别，乐谱的识别（音乐机器人），文字的 识别（扫描仪）等
机器人的环境识别
6.2 基本的图象处理方法
6.2.2 微分处理
由于投影亮度影响，不能进行二值化。 在边缘/棱线处亮度突变——边缘检测
xf (i, j) f (i, j) f (i, j 1) yf (i, j) f (i, j) f (i 1, j)
tan 1 yf (i, j)
xf (i, j)
xf (i, j)2 yf (i, j)2
机器人的环境识别
6.2 基本的图象处 理方法
6.2.3 边缘像素提取和细 线化与直线近似
机器人的环境识别
6.2 基本的图象处理方法
6.2.4 Hough变加强交通建设管理，确保工程建设质 量。12 :12:5 012:1 2:501 2:12Friday, October 16, 2020
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安全在于心细，事故出在麻痹。20.1 0.162 0.10.1 612:1 2:501 2:12: 50Oct ober 16, 2020
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踏实肯干，努力奋斗。2020年10月1 6日下 午12时 12分2 0.10.1 620.1 0.16
第六章-机器人的环境识别
6.1 触觉信息的处理 6.2 基本的图象处理方法 6.3 2维图象的处理 6.4 3维图象的处理
机器人的环境识别
6.1 触觉信息的处理
6.1.1 利用识别函数的形状识别
①物体特征参量 x1, x2 , xn ，排成向量
②这些向量分布到n维空间；同类将积聚 ③构造识别函数g(X)
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牢记安全之责，善谋安全之策，力务 安全之 实。20 20年1 0月16 日星期 五12时 12分5 0秒Fri day, October 16, 2020
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相信相信得力量。20.10.162020年 10月16 日星期 五12 时12分 50秒20 .10.1 6
谢谢大家！
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树立质量法制观念、提高全员质量意 识。20 .10.16 20.10 .16Fri day, October 16, 2020
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人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。 12:12: 5012: 12:50 12:12 10/16 /2020 12:12:50 PM
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安全象只弓，不拉它就松，要想保安 全，常 把弓弦 绷。20 .10.16 12:12 :5012 :12Oc t-201 6-Oct- 20
6.2 基本的图象处理方法
6.2.5 模板匹配
max | f t |, | f t |, ( f t)2
A
A
A
( f t)2 f (i k, j l)2 t(k,l)2 2 f (i k, j l)t(k,l)
M i, j f (i k, j l)t(k,l) f (i k, j l)2
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追求至善凭技术开拓市场，凭管理增 创效益 ，凭服 务树立 形象。 2020年 10月1 6日星 期五下 午12时 12分5 0秒12: 12:50 20.10 .16
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严格把控质量关，让生产更加有保障 。2020 年10 月下午1 2时12 分20.1 0.161 2:12Octobe r 16, 2020
6.3.1 物体的位置检测
（2）软管的组装II
机器人的环境识别
6.3 3维图象的处理
6.4.1 双目视觉
机器人的环境识别
6.3 3维图象的处理
6.4.2 时空图象
机器人的环境识别
6.3 3维图象的处理
6.4.2 时空图象
机器人的环境识别
6.3 3维图象的处理
6.4.2 时空图象
x x2 x1
机器人的环境识别
6.1 触觉信息的处理
6.1.2 按轮廓特征识别形状
从重心到边界画轮廓曲线
机器人的环境识别
6.1 触觉信息的处理
6.1.2 按轮廓特征识别形状
从重心到边界画轮廓曲线
机器人的环境识别
6.2 基本的图象处理方法
6.2.1 二值化处理
按某一阈值二值化。
二值化处理就是把图像中物体和背景用两个取值状态 区分出来的处理办法。这通常对物体和对象反差比较明显 （像素差别比较大）的情况下进行处理，文字识别，符号 识别，轮廓识别等。