选修课论文纳米机器人

第一篇：选修课论文纳米机器人

纳米机器人

-------治疗目前医学无法治愈的疾病

一、纳米技术的含义

.所谓纳米技术，是指在0.1~100纳米的尺度里，研究电子、原子和分子内的运动规律和特性的一项崭新技术。科学家们在研究物质构成的过程中，发现在纳米尺度下隔离出来的几个、几十个可数原子或分子，显著地表现出许多新的特性，而利用这些特性制造具有特定功能设备的技术，就称为纳米技术。

纳米技术与微电子技术的主要区别是：纳米技术研究的是以控制单个原子、分子来实现设备特定的功能，是利用电子的波动性来工作的；而微电子技术则主要通过控制电子群体来实现其功能，是利用电子的粒子性来工作的。人们研究和开发纳米技术的目的，就是要实现对整个微观世界的有效控制。

纳米技术是一门交叉性很强的综合学科，研究的内容涉及现代科技的广阔领域。1993年，国际纳米科技指导委员会将纳米技术划分为纳米电子学、纳米物理学、纳米化学、纳米生物学、纳米加工学和纳米计量学等6个分支学科。其中，纳米物理学和纳米化学是纳米技术的理论基础，而纳米电子学是纳米技术最重要的内容。

纳米是一个微小的长度单位，1纳米等于10亿分之一米。根头发丝有7万到8万纳米。纳米技术这个词汇出现在1974年。纳米科学、纳米技术是在 0。10到100纳米尺度的空间内研究电子、原子和分子运动规律及特性。纳米材料是纳米技术的重要的组成部分，也是国际上竞争的热点和难点。碳纳米管自从 1991年被发现以来，就一直被誉为未来的材料。碳纳米管在强度上大约比钢强100倍，其传热性能优于所有已知的其它材料。碳纳米管具有良好的导电性，在常温下导电时，几乎不产生电阻。纳米陶瓷材料在1600摄氏度高温下能像橡皮泥那样柔软，在室温下也能自由弯曲。从1998年世界上第一只纳米晶体管制成，到1999年100纳米芯片问世，使20世纪最后10年世界上出现的“纳米热”进一步升温。

(注：该部分内容参考百度文库)

二、纳米应用领域

经过以上介绍想必对于纳米会有初步了解了，下面再介绍一下目前纳米技术发展的领域。现在纳米技术应用领域比较广泛，涉及陶瓷领域、微电子领域、生物工程、光电领域、化工领域、医学领域、分子组装方面。

1、所谓纳米陶瓷，是指显微结构中的物相具有纳米级尺度的陶瓷材料，也就是说晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、缺陷尺寸等都是在纳米量级的水平上。要制备纳米陶瓷，这就需要解决：粉体尺寸形貌和粒径分布的控制，团聚体的控制和分散。块体形态、缺陷、粗糙度以及成分的控制。

2、纳米电子学是纳米技术的重要组成部分，其主要思想是基于纳米粒子的量子效应来设计并制备纳米量子器件，它包括纳米有序（无序）阵列体系、纳米微粒与微孔固体组装体系、纳米超结构组装体系。纳米电子学的最终目标是将集成电路进一步减小，研制出由单原子或单分子构成的在室温能使用的各种器件。3,、众所周知，分子是保持物质化学性质不变的最小单位。生物分子是很好的信息处理材料，每一个生物大分子本身就是一个微型处理器，分子在运动过程中以可预测方式进行状态变化，其原理类似于计算机的逻辑开关，利用该特性并结合纳米技术，可以此来设计量子计算机。美国南加州大学的Adelman博士等应用基于DNA分子计算技术的生物实验方法，有效地解决了目前计算机无法解决的问题-“哈密顿路径问题”，使人们对生物材料的信息处理功能和生物分子的计算技术有了进一步的认识。

4、纳米技术的发展，使微电子和光电子的结合更加紧密，在光电信息传输、存贮、处理、运算和显示等方面，使光电器件的性能大大提高。将纳米技术用于现有雷达信息处理上，可使其能力提高10倍至几百倍，甚至可以将超高分辨率纳米孔径雷达放到卫星上进行高精度的对地侦察。但是要获取高分辨率图像，就必需先进的数字信息处理技术。科学家们发现，将光调制器和光探测器结合在一起的量子阱自电光效应器件，将为实现光学高速数学运算提供可能。

5、纳米粒子作为光催化剂，有着许多优点。首先是粒径小，比表面积大,光催化效率高。另外，纳米粒子生成的电子、空穴在到达表面之前，大部分不会重新结合。因此，电子、空穴能够到达表面的数量多，则化学反应活性高。其次，纳米粒子分散在介质中往往具有透明性，容易运用光学手段和方法来观察界面间的电荷转移、质子转移、半导体能级结构与表面态密度的影响。目前，工业上利用纳米二氧化钛-三氧化二铁作光催化剂，用于废水处理（含SO32-或 Cr2O72-体系），已经取得了很好的效果。

6、随着纳米技术的发展，在医学上该技术也开始崭露头脚。研究人员发现，生物体内的RNA蛋白质复合体，其线度在15~20nm之间，并且生物体内的多种病毒，也是纳米粒子。10nm以下的粒子比血液中的红血球还要小，因而可以在血管中自由流动。如果将超微粒子注入到血液中，输送到人体的各个部位，作为监测和诊断疾病的手段。科研人员已经成功利用纳米 SiO2 微粒进行了细胞分离，用金的纳米粒子进行定位病变治疗，以减少副作用等。另外，利用纳米颗粒作为载体的病毒诱导物已经取得了突破性进展，现在已用于临床动物实验，估计不久的将来即可服务于人类。

7、纳米技术的发展，大致经历了以下几个发展阶段：在实验室探索用各种手段制备各种纳米微粒，合成块体。研究评估表征的方法，并探索纳米材料不同于常规材料的特殊性能。利用纳米材料已挖掘出来的奇特的物理、化学和力学性能，设计纳米复合材料。目前主要是进行纳米组装体系、人工组装合成纳米结构材料的研究。虽然已经取得了许多重要成果，但纳米级微粒的尺寸大小及均匀程度的控制仍然是一大难关。如何合成具有特定尺寸，并且粒度均匀分布无团聚的纳米材料，一直是科研工作者努力解决的问题。目前，纳米技术深入到了对单原子的操纵，通过利用软化学与主客体模板化学，超分子化学相结合的技术，正在成为组装与剪裁，实现分子手术的主要手段。科学家们设想能够设计出一种在纳米量级上尺寸一定的模型，使纳米颗粒能在该模型内生成并稳定存在，则可以控制纳米粒子的尺寸大小并防止团聚的发生。可见纳米技术现在已经融入到生活很多领域了，接下来我就要说一下我想讲解的纳米机器人了。

三、纳米机器人

物理学家总是模拟生物学原理制作各种灵巧的机器，这就是仿生学。仿生学是生物物理学的一个分支学科，它按照生物学原理提出设计原型，制造用于特殊目的的“功能器件”。

“纳米机器人”的研制属于分子仿生学的范畴，它根据分子水平的生物学原理为设计原型，设计制造可对纳米空间进行操作的“功能分子器件”。纳米生物学的近期设想，是在纳米尺度上应用生物学原理，发现新现象，研制可编程的分子机器人，也称纳米机器人。目前涉及的内容可归纳为以下三个方面：

1、在纳米尺度上了解生物大分子的精细结构及其与功能的联系。

2、在纳米尺度上获得生命信息，例如，利用扫描隧道显微镜获取细胞膜和细胞表面的结构信息等。

3、纳米机器人的研制。纳米机器人是纳米生物学中最具有诱惑力的内容，第一代纳米机器人是生物系统和机械系统的有机结合体，这种纳米机器人可注入人体血管内，进行健康检查和疾病治疗。还可以用来进行人体器官的修复工作、作整容手术、从基因中除去有害的ＤＮＡ，或把正常的ＤＮＡ安装在基因中，使机体正常运行。第二代纳米机器人是直接从原子或分子装配成具有特定功能的纳米尺度的分子装置，第三代纳米机器人将包含有纳米计算机，是一种可以进行人机对话的装置。这种纳米机器人一旦问世将彻底改变人类的劳动和生活方式。

高中学生物的时候，学到过细胞的组成成分，细胞是由细胞壁、细胞核、细胞质所组成。是细胞质的基本成分，主要含有多种可溶性酶、糖、无机盐和水等。细胞器是分布于细胞质内、具有一定形态、在细胞生理活动中起重要作用的结构。它包括：线粒体、叶绿体、内质网、内网器、高尔基体、溶酶体、微丝、微馆、中心粒等。细胞核，它是由核膜、核骨架、核仁构成。就动物而说不具有细胞壁。再说一下靶细胞，基本含义是某种细胞成为另外的细胞或抗体的攻击目标时，前者就叫做后者的靶细胞。例如带有表面抗原的细胞受到免疫细胞或特异性抗体的攻击，它就是该抗原的靶细胞。能够接受内分泌细胞分泌激素刺激的器官或细胞称为靶器官或靶细胞。靶细胞具有与激素特异性结合的受体。含氮激素的受体位于靶细胞膜上，类固醇激素的受体位于靶细胞质内，它们通过靶细胞内不同的信号传递系统，作用于细胞核内相应的基因，从而调节控制该基因的表达，产生相应的功能物质。

美国科学家破解部分病毒进入靶细胞的机理

美国西北大学的研究人员破解了一些病毒具有的一种叉状蛋白的结构，这些病毒正是通过这种结构进入细胞，继而诱发感染。这种蛋白被称为融合蛋白，即F蛋白，首先发现于副流感病毒5的外表面，在感染细胞前通过F蛋白可以将病毒的细胞膜与宿主细胞膜融合。随后，病毒细胞核内的遗传基因便可以进入宿主细胞，进行自身的复制增殖。

我所研究的论题是制造一种纳米机器人，具有细胞识别功能的，可作用于特定靶细胞的，用于解决一些难以治愈的疾病例如糖尿病，脑瘫以及癌症等。首先这种纳米机器人要具备细胞的基本特征，进入人体内不会发生免疫排斥反应，带有特定的功能，能够起到修复细胞和消灭变异细胞的作用。如美国科学家所做的一样，该种纳米机器人细胞膜上要具有F蛋白，与特定靶细胞膜进行融合，进而使纳米机器人内部正常的基因进入到病变细胞。拿癌症举例，在叙述癌以前,首先对“肿瘤”加以说明。肿瘤是身体的一部分细胞与机体的其他组织生长不协调,表现为任意地、无节制地增殖分裂,增长成一个大的组织块则为肿瘤。肿瘤有良性的又有恶性的。良性肿瘤逐渐增长时仅是压迫周围组织,而恶性肿瘤除了压迫以外还可以向周围浸润,也就是肿瘤组织不断侵入周围组织,这种恶性肿瘤就称为 “癌”。

癌是怎样产生的？

学者们认为由起癌物质进入正常细胞后和遗传控制物质（如DNA, RNA, Protein）作用后产生的。其作用的结果可产生两种效果，一为改变遗传物质的构造，使基因产生突变（见基因突变说）；另一为使基因的作用及表现受到改变但不影响到基因的构造（见蛋白缺如说，抑制物失效说及癌性基因说）。人为什么会生癌，什么是癌细胞？

一个成人身体大约由近一千万亿个细胞组成。细胞的种类非常多，可是个个识大体，顾大局，有分工，有合作，工作起来循规蹈矩，所以，把人体比作一个“细胞国家”，那是再形象不过的了。“细胞国家”有时会出现一些不安定分子，在“教唆犯”的作用下，起来“造反”，不服从整体，自由主义泛滥，大搞特权，另立门户，严重危胁着“国家”的安全。这些不安全的分子就是癌细胞.癌细胞是怎样产生的呢？谁是“教唆犯”呢？科学家们一百多年的研究认为病毒、霉菌、射线、化学致癌剂等是癌细胞的“教唆犯”。人体细胞的代谢可使它们变为容易排泄的废物，被排出体外，但也可能在酶的生物转化作用下，使它们变成能直接引起细胞遗传物质DNA突变的最终致癌物。这仅是癌形成过程的第一阶段，只需几秒钟至几小时。第二阶段，最终致癌物质作用于细胞。如经DNA修复有缺陷，DNA就发生突变，改变遗传的性能。当细胞分裂繁殖时，下一代子细胞接受了错误的信息，形态就发生了变化，成为癌细胞，又慢慢地发展成癌细胞集团。当它变成临床上能察见的癌时，虽然开始只有一个火柴头那么大，但已包含了三千万个癌细胞。第二阶段则相当长，大约需要15到30年。由于癌的潜伏期长。所以癌症病人以老年人为多。

什么是癌细胞？癌细胞的特征前已说过，癌症是人体在各种致癌因素的作用下，局部组织细胞异常增生而形成的新生物。不用说，癌细胞是由正常细胞转化而来。而正常细胞一旦转变成癌细胞就获得了强大的生命力，并且有独特生物学特征和行为。首先，癌细胞不断增殖，这种增殖不受身体内部调节机构的控制，更不是身体所必需。我们知道，人体正常细胞有一个生长、繁殖、衰老和死亡的过程。老化的细胞死亡之后就会有新的细胞来取代它，以维持身体组织、器官的正常功能。故人体绝大部分细胞都可以增殖。但是，正常细胞的增殖是有限度的，身体内部会自我控制。如外后细胞即开始繁殖，但当伤口愈合后，在身体内部调节因素作用下，马上停止。而癌细胞则不然，可以无止境地增生，直到人身死亡。第二，癌细胞由于不能成熟（即分化障碍），故不具备对身体有任何益处功能，常常是“成事不足，败事有余”。例如白血病，血液中出现大量的幼稚白细胞，但这些细胞不像通常白细胞那样，能抵抗入侵身体的细菌和病毒，相反，由于无休止地增殖而消耗大量的养分。另外，有的癌症却表现出不具备的功能，后者与整体功能极协调。如肺脏，并不是内分泌器官，但肺癌却能产生促肾上腺皮质激素，这些非常器官非常时期分泌的激素，严重地扰乱了正常生命活动和秩序，从而出现一系列病态。第三，癌细胞无孔不钻，无处不到。癌细胞大多呈侵袭性生长，破坏附近组织、器官的正常结构和功能，造成不同程度的功能障碍。癌细胞非常好动，会从一个地方跑到另一地方（即转移），并继续生长繁殖，形成新的癌瘤（转移癌灶），对身体造成更严重的危害，也大大地增加了治疗难度，是癌症病人死亡的主要原因之一。

（注：癌细胞介绍出自阿里医药）所以纳米机器人的作用就是直接消灭或吞噬掉或修复破损细胞，像癌细胞这种已经病变的细胞，纳米机器人的作用就是消灭癌细胞，具有特定细胞识别功能，进入人体后，找到病变细胞，进行细胞融合后将纳米机器人内部所带的消灭癌细胞的物质注入，直接杀死癌细胞。采用这种方法可以直接消灭癌细胞，最终达到治愈的目的。但是这里又面临一个问题，一个纳米机器人只作用一个细胞这个需要的成本太高，需要制造出的纳米机器人在进行细胞融合后还可以进行细胞分裂，再将自己分裂出去，作用于下一个病变细胞。为了不会对身体产生影响，纳米机器人需要在一定时间内如十二小时候自行分解，这要求其内部带有溶酶体，再一定条件下激发，自己分解。同样可以制造出治疗各种身体内部疾病的纳米机器人。

我认为纳米机器人的研发将会成为人类的有一个里程碑。

第二篇：纳米机器人论文

纳米机器人在生物学上的应用

学号：34 姓名:100821234 学院：生命科学技术学院 班级：1008212

摘要：纳米技术与分子生物学的结合将开创分子仿生学新领域。分子仿生学模仿细胞生命过程的各个环节，以分子水平上的生物学原理为参照原型，设计制造各种各样的可对纳米空间进行操作的“功能分子器件”———纳米机器人。纳米机器人的研制和开发将成为２１世纪科学发展的一个重要方向。关键字：纳米技术 纳米机器人 分子马达 1前沿：纳米机器人的研究属于分子仿生学的范畴，它根据分子水平的生物学原理为设计原型，设计制造可对纳米空间进行操作的“功能分子器件”。纳米生物学的近期设想，是在纳米尺度上应用生物学原理，发现新现象，研制可编程的分子机器人，也称纳米机器人。合成生物学对细胞信号传导与基因调控网络重新设计，开发“在体”（in vivo）或“湿”的生物计算机或细胞机器人，从而产生了另种方式的纳米机器人技术。

2纳米生物学与纳米机器人

纳米生物学的设想，是在纳米尺度上应用生物学原理，发现新现象，研制可编程的分子机器人，也称纳米机器人。涉及的内容可归纳为以下三个方面：

①在纳米尺度上了解生物大分子的精细结构及其与功能的联系。

②在纳米尺度上获得生命信息，例如，利用扫描隧道显微镜获取细胞膜和细胞表面的结构信息等。

③纳米机器人的研制。

纳米机器人是纳米生物学中最具有诱惑力的内容。

第一代纳米机器人是生物系统和机械系统的有机结合体，这种纳米机器人可注入人体血管内，进行健康检查和疾病治疗。还可以用来进行人体器官的修复工作、作整容手术、从基因中除去有害的DNA，或把正常的ＤＮＡ安装在基因中，使机体正常运行[1]。

第二代纳米机器人是直接从原子或分子装配成具有特定功能的纳米尺度的分子装置。

第三代纳米机器人将包含有纳米计算机，是一种可以进行人机对话的装置。

3纳米机器人不久将进入我们的生活

用不了多久，个头只有分子大小的纳米机器人将源源不断地进入人类的日常生活。它们将为我们制造钻石、舰艇、鞋子、牛排和复制更多的机器人。要它们停止工作只需启动事先设定的程序。表面来看，上述想法近乎不可思议：一项单一的技术在应用初期就能治病、延缓衰老、清理有毒的废物、扩大世界的食物供应、筑路、造汽车和造楼房？这并非天方夜谭，也许在21世纪中叶前就可以实现。全世界的研究机构都在想方设法将这些设想变成现实。美国总统克林顿曾经宣布成立美国国家纳米研究机构，承诺提供50亿美元进行这方面的尝试。

其实，纳米技术一词由来已久。理查德·费恩曼是继爱因斯坦之后最有争议和最伟大的理论物理学家，1959年他在一次题目为《在物质底层有大量的空间》的演讲中提出：将来人类有可能建造一种分子大小的微型机器，可以把分子甚至单个的原子作为建筑构件在非常细小的空间构建物质，这意味着人类可以在最底层空间制造任何东西。从分子和原子着手改变和组织分子是化学家和生物学家意欲到达的目标。这将使生产程序变得非常简单，你只需将获取到的大量的分子进行重新组合就可形成有用的物体。事实上，每一个细胞都是一个活生生的纳米技术应用的实例：细胞不仅将燃料转化为能量，而且按照储存在DNA中的信息来建造和激活蛋白质和酶，通过对不同物种的DNA进行重组，基因工程家已经学会建造新的这类

纳米工具，例如用细菌细胞来生产医用激素。1990年 我国著名学者周海中教授在《论机器人》一文中预言：到二十一世纪中叶，纳米机器人将彻底改变人类的劳动和生活方式。

3纳米机器人结构与特点

米机器人警察不在理论上，纳米机器可以构建所有的物体。当然从理论到真正实现应用是不能等同的，但纳米机械专家已经表明，实现纳米技术的应用是可行的。在扫描隧道电子显微镜帮助下，纳米机械专家已经能将独立的原子安排成自然界从未有的结构。此外，纳米机械专家还设计出了只由几个分子组成的微小齿轮和马达。（切勿将这些齿轮和马达与那些由数以百万计分子组成的用传统技术构建的微小齿轮和马达相混淆，这些机器同未来制造的机器相比较实在是太巨大了）。

25年内，纳米技术学家期望实现这些存在于科学陈列室中的想法，创造出真实的、可以工作的纳米机器。这些纳米机器有微小的“手指”可以精巧地处理各种分子；有微小的“电脑”来指挥“手指”如何操作。“手指”可能由碳纳米管制造，它的强度是钢的100倍，细度是头发丝的五万分之一。“电脑”可能由碳纳米管制造，这些碳纳米管既能做晶体管又能做连接它们的导线。“电脑”也可能由DNA制造，用适当的软件和足够的灵巧性进行武装的纳米机器人可以构建任何物质。

纳米机器人执行任何任务包括自身复制都必须动用大量的纳米机器。血液里可能存在数以百万计的纳米机器人；在每一个有毒废物地点可能需要数以万亿计的纳米机器人，要制造一辆汽车可能要调动数以一百亿亿计的纳米机器人同时工作。然而没有一个生产线可以生产如此巨大数量的纳米机器人。

但是纳米科学家眼中的纳米机器可以做到这点。他们设计的纳米机器人可以完成两件事情：执行它们的主要任务和制造出它们自身完美的复制体。如果第一个纳米机器人能够制造出两个复制体，这两个复制体每个又可制造出两个自己的复制体，很快就可 以获得万亿个纳米机器人。但是，假如纳米

机器人忘记停止复制会发生什么？如果没有一些内建的停止信号，纳米机器人忘记停止复制这种灾难的可能后果将会是无法计算的。纳米机器人在人体内快速复制能够比癌症扩散还要快地布满正常组织；一个发疯的制造食物机器人能够把地球的整个生物圈变成一块巨大的奶酪。纳米技术学家没有回避危险，但是他们相信他们能控制灾难的发生。其中一个办法是设计出一种软件程序使纳米机器人在复制数代后自我摧毁。另一种办法是设计出一种只在特定条件下复制的机器人，例如只有在有毒化学物质以较高浓度出现时机器人才能复制，或者在一个很窄的温度和湿度范围内机器人才能复制。就像电脑病毒的传播一样，所有以上这些努力都无法阻止那些不怀好意的人有意释放某种纳米机器人作为害人武器。事实上，一些批评家指出纳米技术可能的危险要大于它的益处。然而，仅仅这些利益就已经太具诱惑力了，纳米技术必将超过电子计算机和基因制药而成为新世纪的技术发展方向。世界可能会需要一个纳米技术免疫系统，这个系统中纳断地在微观世界中同那些不怀好意的机器人进行战斗[2]

。纳米机器人的动力——分子马达

分子马达（molecular motor），是美国康奈尔大学研究人员在活细胞内的能源机制启发下，制造出的一种马达。这种微型马达以三磷酸腺苷酶为基础，依靠为细胞内化学反应提供能量的高能分子三磷酸腺苷（ATP）为能源。

美国科学家正在进行一项新研究，让纳米仪器利用为精子长距离游动提供能量的生物能为动力，用来释放药物，或者在人体内执行机械功能。

首先，这些研究人员针对精子的特殊部位，用一个可以粘贴在特殊的金表面的标签取代了己糖激酶(糖酵解的第一个酶)。这种酶即使在受到限制的时候，仍然能产生作用。接着，他们在糖酵解途经的第二个酶——葡萄糖-6-磷酸异构酶上作了标记。这种酶在受到限制后，还仍然具有活性。粘附在相同支撑物上的这些酶会依次产生作用，第一个反应的产物将会成为第二个反应的[2]李易 纳米技术取得进展【J】国外科技动态 1998.11

[3]李沐纯等.中国现代医学杂志，2003

[4]纳米机器人——分子仿生学新领基础[3]。

域《中国高新技术企业评价》2001

穆凯和特拉维斯表示，这只是在无机支撑物上复制整个糖酵解途径的最初几步，他们指出，他们的研究从原理上为精子中的糖酵解途径的组织如何在纳米设备上产生三磷酸腺甙提供了一个天然的工程学解决方案。我国在纳米机器人研究上的进展

一台能够在纳米尺度上操作的机器人系统样机由中国科学院沈阳自动化所研制成功，并通过了国家“863”自动化领域智能机器人专家组的验收。在一个演示中，沈阳自动化所的研究人员操纵“纳米微操作机器人”，在一块硅基片上１×２μｍ的区域上清晰刻出“ＳＩＡ”三个英文字母（沈阳自动化所的缩写）；另一个演示显示，在一个５×５μｍ的硅基片上，操作者将一个４μｍ长、100ｎｍ（纳米）粗细的碳纳米管准确移动到一个刻好的沟槽里。据介绍，由重庆科研人员开发的这种名为“OMOM胶囊内镜系统”的纳米机器人医生已经是第二次被列入国家“863计划”，前一次获得了该计划500万元基金支持，并于2004年获得“863计划”专家组验收，但这种机器人目前还只能钻进人的肚子里通过传输图像“瞧病”，还没有治病的本事。参考文献

[1]姜忠义 纳米生物技术【M】 北京 化学工业出版社 2003

第三篇：机器人选修课教案

机器人选修课教案

（2011—2012学第二学期）

目 录

第四章

机器人程序设计

4.1 三种灯光控制 4.2 避障 4.3 自寻迹 4.4 秒表 4.5 两地控制 4.6 判粗细 4.7 计数与判奇偶 4.8 多任务 4.9 事件控制 4.10 无线通信 第五章

NXT机器人

5.1 搭建第一个NXT机器人 5.2 让机器人动起来 5.3 让机器人随着声音动起来 5.4 巡线机器人 5.5 齿轮的使用

第四章 机器人程序设计

4.1三种灯光控制

授课时间

2月27日

参加教师

崔深根

教学目标：学习顺序结构、绝对跳转指令，完成三种不同灯光控制的编程。教学重点：顺序结构与绝对跳转指令

教学准备：ROBOLAB软件，乐高积木，RCX一个，小灯一只，触感一个。教时：1课时

课堂练习：ROBOLAB编程 教学内容与过程： 学习内容：

输入部件触感，输出部件小灯，停止图标，绝对跳转图标，开始与结束图标。

一、台灯控制程序

功能：按钮按下后，小灯亮，再次按下，小灯灭，可重复。

台灯控制程序

二、门口灯控制程序

功能：按钮按下后，小灯亮，延时2秒后，小灯灭，可重复。

门口灯控制程序

二、警灯控制程序

功能：程序启动后，小灯间隔1秒闪烁，始终循环。

警灯控制程序

4.2 避 障

授课时间

3月5日

参加教师

崔深根

教学目标：，马达图标与时间等待图标，完成“碰碰车”控制的编程。教学重点：马达图标与设置，时间等待图标与设置。

教学准备：ROBOLAB软件，乐高结木，RCX一个，马达二个，触感一个。教时：1课时

课堂练习：硬件配置与ROBOLAB编程 教学内容与过程： 学习内容：

马达图标与设置，时间等待图标与设置。

“碰碰车”控制程序

功能：小车向前运行，遇到障碍，先后退0.2秒,再转弯0.5秒,然后继续前进

“碰碰车”控制程序

4.3 自寻迹

授课时间

3月12日

参加教师

崔深根

教学目标：学习光感的应用，选择结构的应用，完成“沿黑线走”控制的编程。教学重点：选择结构的应用

教学准备：ROBOLAB软件，乐高结木，RCX一个，马达二个，光感一个。教时：1课时

课堂练习：硬件配置与ROBOLAB编程 教学内容与过程： 学习内容：

光感的应用，选择结构的应用。

“沿黑线走”控制程序。

功能：小车自动沿黑线行驶，但不会停止。

“沿黑线走”控制程序

4.4 秒 表

授课时间

3月19日

参加教师

崔深根

教学目标：学习计时器、显示屏、容器、清零，完成“秒表”控制的编程。教学重点：计时器、显示屏、容器、清零图标的应用。教学准备：ROBOLAB软件，RCXG一个，触感一个。教时：1课时

课堂练习：硬件配置与ROBOLAB编程 教学内容与过程：

计时器、显示屏、容器、清零图标的应用。

秒表控制程序

功能：按钮按下，开始计时，显示屏以0.1秒累加，再次按下，时间值固定。

4.5 两地控制

授课时间

3月26日

参加教师

崔深根

教学目标：学习容器清零，选择结构嵌套，完成“二个按钮控制一个灯”的编程。教学重点：选择结构嵌套

教学准备：ROBOLAB软件，RCX一个，小灯一个，触感二个。教时：1课时

课堂练习：硬件配置与ROBOLAB编程 教学内容与过程：

容器清零，选择结构嵌套。

“二个按钮控制一个灯”的程序

功能：两个按钮均可独立控制一个小灯。

4.6 判粗细

授课时间

4月2日

参加教师

崔深根

教学目标：会计算机器人经过某段距离的时间，完成“判断黑线粗细”的编程。教学重点：怎样判定过了一段路程。

教学准备：ROBOLAB软件，乐高结木，RCX一个，光感一个，场地一个。教时：1课时

课堂练习：硬件配置与ROBOLAB编程 教学内容与过程：

确定经过一段黑线的时间程序

“判断黑线粗细”的程序

功能：小车前进，过细黑线继续前进，过粗黑线后小车停止。

场地图纸

4.7 计数与判奇偶

授课时间

4月9日

参加教师

崔深根

教学目标：学习容器的运算，容器选择图标，完成计数与判奇偶的编程。教学重点：容器的运算，容器选择图标。

教学准备：ROBOLAB软件，RCX一个，乐高结木，马达一个，光感一个。教时：1课时

课堂练习：硬件配置与ROBOLAB编程 教学内容与过程：

机器人场地与“判粗细”程序相同

计数程序

功能：小车前进，过粗黑线后小车停止，显示经过的细黑线数目。

判奇偶程序

功能：小车前进，过粗黑线后小车停止，若经过的细黑线数目为奇数，机器人会亮一个灯。否则，若经过的细黑线数目为偶数，会亮两个灯。

4.8 多任务

授课时间

4月16日

参加教师

崔深根

教学目标：学习多任务编程、音阶图标，完成“边走边唱歌”的编程。教学重点：多任务编程

教学准备：ROBOLAB软件，RCX一个，乐高结木，马达二个，光感一个。教时：1课时

课堂练习：硬件配置与ROBOLAB编程 教学内容与过程：

多任务“边沿黑线走边唱歌”的程序

4.9 事件控制

授课时间

4月23日

参加教师

崔深根

教学目标：学习事件控制应用、完成“任意时刻停止沿黑线走”控制的编程。教学重点：事件控制应用

教学准备：ROBOLAB软件，RCX一个，触感一个，马达二个，光感一个。教时：1课时

课堂练习：硬件配置与ROBOLAB编程 教学内容与过程：

“任意时刻停止沿黑线走”程序

4.10 无线通信

授课时间

4月30日

参加教师

崔深根

教学目标：学习无线通信应用、完成“双胞胎小车”控制的编程。教学重点：顺序结构与绝对跳转指令

教学准备：ROBOLAB软件，RCX二个，乐高结木，马达一个，角感二个。教时：1课时 课堂练习：硬件配置与ROBOLAB编程 教学内容与过程：

“发信小车”程序

“收信小车”程序

第五章 NXT机器人

5.1 搭建第一个NXT机器人

授课时间

5月7日

参加教师

崔深根

活动目的：

（一）分组1、3—4人一个组，选出组长、项目研究员、程序员、机械设计师；

2、为小组取一个组名。

（二）认识NXT核心元件

1、对9797套装进行分类；

2、认识NXT核心元件;

3、搭建蓝牙机器人9797套装8___24页； 活动过程：

一、LEGO NXT的几张酷图欣赏

二、认识乐高组件

1、轴、梁、轴套、半轴套、齿轮

2、传感器

3、控制器

三、了解乐高组件的基本搭建技巧。

1、搭建基本机器人

2、参照搭建手册搭建风车，了解齿轮的运用

5.2 让机器人动起来

授课时间

5月14日

参加教师

崔深根

活动目的：

（一）分组1、2人一组，选出组长

2、为小组取一个组名。

（二）内容

1、了解NXT编程软件界面

2、学习移动模块、电机模块，并在此基础上掌握计器人的前进、后退、转弯。

3、掌握机器人转弯的几种方法。教学过程

一：认识编程软件MINDSTORMS Edu NXT界面

1、启动MINDSTORMS Edu NXT

在桌面上点击：

2、界面的组成：编程区，面板区，学习区，菜单区、工具栏区、控制面板

二、任务：让机器人“倒车入库”

1、任务分析：

第一步：机器人前进； 第二步：机器人右转弯 第三步；机器人后退；

2、模块介绍

3、编程

4、学习练习

三、机器人转弯的三种情况

1、差速转弯：

2、一个电机正转，另一电机反转来实现转弯

3、一个电机不动，另一电机转动（推荐方式）

（1）使用移动模块，只选择一个电机

（2）使用电机模块

5.3 让机器人随着声音动起来

授课时间

5月21日

参加教师

崔深根

活动目的：

1、学习循环模块的使用

2、学习声音传感器的使用

3、学习分支模块的使用 活动过程 一：机、2、使用循环模块

二、、如何测定电机的运行时间

三、让机器人随着声音动起来

让机器人听到声音时开始运动，当机器人前方出面障碍物时，并后退转弯再前进。

1、介绍等待模块

5.4 巡线机器人

授课时间

5月28日

参加教师

崔深根

活动目的：

1、了解光电传感器的原理

2、初步掌握光电传感器对光的测量方法

3、了解单光电传感器巡线的原理

活动过程

一、光电传感器的原理

1、光电传感器由光电接收管和光电发射管组成。他能够接收外界光的强度，并把光的强度换算成0-100的值。

2、影响光电传感器的因素

颜色、距离、质地等三个因素，是影响光电传感器的主要因素。实验

1、用光电传感器测量不同颜色的物质的值；

实验

2、用光电传感器测量同一物质在不同距离的值

将一白色的物质，从近到远，测出传感器的值的变化

实验

3、测量白色陶瓷片和白色的纸的反射值

3、光电传感器的用途

光电传感器的用途很多，比如识别颜色、判断距离等等。今天我们主要学习利用光电传感器让机器人巡线，即让机器人在场地顺着黑色运动。

二、机器人巡线的基本原理

单光电传感器的巡线原理：

光电传感器没有检测到黑线，就向黑色一方转，当光电传感器检测到黑线地，就向远离黑线的另一方转动。这样就可以让机器人顺着黑线前进。光电传感器

5.5 齿轮的使用

授课时间

6月4日

参加教师

崔深根

教学内容：

1、了解齿轮的相关术语

2、了解齿轮的加速和减速的关系及优缺点

3、了解不同齿轮的搭建方法

一：齿轮的相关术语

1、乐高的齿轮分类

普通齿轮、斜齿轮、双面斜齿轮、差速齿轮、涡轮

2、齿轮的单位和齿数

三、加速和减速的原理

它的每一个齿都与8齿的两个齿啮合的很好。当转动24齿，每一次在齿轮的接触面一个新齿取代前一个齿时，8齿也刚好转过一个齿，因此，大齿轮转过8个齿（24齿的齿轮）就可以让小齿轮转过一圈（360度）。当大齿轮再转过8个齿时，小齿轮又转了一圈。在你转动24齿齿轮的最后8个齿时，8齿齿轮转过第三圈。这也是两轴产生不同速度的原因：24齿齿轮转动一圈，8齿齿轮转动了三圈！我们用两个齿轮齿数之比来表示两者的关系：24比8。经过简化，得到3:1。从数字来看，24齿齿轮1转就相当与8齿齿轮的3转。

由此，我们得到一种加速的方法（从技术角度来将应称为角速度，而不是速度）。这时候你可能会想到在竞速小车上使用巨大的传动比。遗憾的是，在力学中有得必有失，获得了速度，同时就减少了扭矩，简单的说，就是在力量上的损失会转化为速度——速度越快，扭矩就越小。比率也相同：如果获得了三倍的角速度，你的扭矩会减小到原来的1/3。

什么时候应当加速或减速传动，经验会告诉你。总的来说，减速传动用的比加速传动要多，因为马达会产生很高的速度，但扭矩很小。在多数时候，常减小速度来提高扭矩，让小车能爬上斜坡，或者让机器人的手臂举起物体。在你不需要大扭矩时，可以减小速度来精确定位。

四、齿轮的搭建方式

第四篇：机器人选修课教案

凤翔县西街中学科技活动课程讲义

机器人

凤翔县西街中学科技活动室

2015年3月20日

目 录

第一章 走进机器人世界

1.1 学前教育 1.2 触摸机器人

1.3 机器人的硬件构成 1.4 机器人的软件

第二章 机器人结构搭建

2.1 有“皮肤”的三轮车

2.2 有“眼睛”的自寻迹小车 2.3 有“手臂”的投篮机器人 2.4 履带战车 2.5 灵活转弯小车 2.6 娃娃学步 2.7 六足牛

第三章 机器人程序设计

3.1 三种灯光控制 3.2 避障 3.3 自寻迹 3.4 秒表

3.5 两地控制 3.6 判粗细

3.7 计数与判奇偶 3.8 多任务 3.9 事件控制 3.10 无线通信

第一章 走进机器人世界

1.1 学前教育

教学目标：理解本课程的意义，理顺教学秩序，认识课程目标。教学重点：理顺教学秩序 教学准备：学员须知30份 教时：1课时

教学内容与过程：

一、学员分组，选定班组长。

二、宣布课堂纪律、注意事项，介绍学习方法。

《机器人制作》学员须知

严格

协作

研究

一、严格

1、准时上下课。特殊情况事先向组长请假。

2、保管好器材，不遗失、不损坏。

3、保持环境安静、清洁，不得有粗鲁行为。

4、爱护电脑，禁玩游戏。

二、协作

1、每两人为一基本学习单位，合用一套器材，共同完成每个制作任务。要求：

⑴互相配合：交替进行各项操作，使人人都具有独立搭建与编程的能力。⑵互相帮助：有困难时共同探讨，一起进步。

2、每四人合用一台电脑，充分利用电脑获取信息和练习程序设计。

3、每六人为一个小组，合用一个调试场地，三、研究

 获取信息： 听课、利用电脑查阅资料和帮助文档、从互连网获取信息。 积极实践： 注重具体的结构搭建和编程练习，结累经验。

 探索研究： 开拓思路，展开联想，用实验的方法证明自己的想法

四、评价

以上三条(严格、协作、研究)和机器人项目制作结果作为学习成绩的依据 成绩分四档：

A优秀

B良好

C合格

D不合格

五、理念

乐高机器人制作理念

做中学 玩中学 团结协作

祝同学们： 团队协作 学得愉快 技术进步 能力提高

班组长职责

管理班长：①填写出勤情况表

②协助组长处理管理上的难点 ③及时与教师沟通管理上的问题 技术班长：①技术上领先全班同学

②协助组长处理技术上的难点

③及时与教师沟通技术上的问题

组 长： ①技术上领先组内其他同学

②管理组内纪律，接受同学请假，③及时与二位班长协同工作

1.2 触摸机器人

教学目标：认识机器人的定义，了解机器人现状，激发学习兴趣。教学重点：机器人的定义 教学准备：录像与PPT课件 教时：1课时

课堂练习：观看录像资料 教学内容与过程：

一、讲解机器人的定义

二、讲解机器人现状

三、附件

1、机器人是什么

到目前为止人们对机器人还没有一个权威而又确切的定义，但“机器人是自动工作的机器”这种说法还是被人们广泛地接受。这样说来在我们身边到处都有机器人的存在。譬如：家中的电饭堡、洗衣机、各种防盗报警器，出租车的计价器等等。

既然机器人是自动工作的机器，那么利用机器人就可以为人们的生产、生活服务。当今，机器人的应用已经涉及到了工业、农业、家政、科研、军事实战等领域。机器人的足迹遍布陆地、海洋、天空，甚至在浩荡的宇宙太空上也能觅到它的芳踪，火星上的“勇气号控测器”向人们展示了它靓丽的风彩。

机器人要按照人们的意图自动地工作，它就必需有存放程序的存储器；为获取工作环境的信息就要有传感器(输入设备)；对获取的信息进行运算和处理，根据程序设计的工作步骤发出控制指令，这就要有CPU(中央处理器)；经过处理的信息要转化成输出声音、图像或是动作，就需要执行机构(输出设备)；再有，人们为完成某一特定的的任务，给机器人编写的操作系统和应用程序。这样看来机器人是一个完整的计算机系统。

当然，机器人是一个集多个学科的高科技产物，随着通信、网络、材料等各种高新技术的加入，使机器人变得越来越聪明，功能越来越强大。机器人技术给人们带来了巨大的利益，也成了衡量各国科技发展水平的标志。因此，机器人技术受到了各国政府的和重视，纷纷在机器人的研发、应用和教学普及中投入了巨大的人力、财力和物力。

2、图片资料

我国研制的工业机器人

日本索尼公司研制的娱乐机器人

美国研制的”角斗士”军事机器人

日本研制的家政机器人

水下排雷机器人

农业机器人

3、积木式机器人

积木式机器人是各大厂商专为广大青少年学习制作机器人而开发的，一般以套件的形式提供。套件中包括机器人控制器、输入输出部件、编程软件光盘、程序下载装置、机器人外形结构件、制作说明书等。厂商不同提供的套件也不同，有的结构件是整体不容易拆装和改形，有的结构件是散件，可以随心所欲自由拼凑，有些控制器是封闭的,有些是开放的，可以扩展一些输入输出端口。但它们都有一个共同的特点，这就是强大的直观的图形化编程平台，有了它，学习机器人程序的设计将变得轻松而愉快，当你学而有余时，也可以采用高级语言来编程。另外，套件中提供的各式各样易插易用且性能优越的传感器和小马达，省却了你诸多的烦恼。积木式机器人的确是机器人初学者得心应手的好帮手。

以下是国内常见的积木式机器人的图片资料。

乐高机器人

乐高新款机器人

广茂达AM—Ⅱ机器人 纳英特机器人

通用教学机器人

中鸣机器人

1.3 机器人的硬件构成

教学目标：认识机器人控制器、输入、输出部件、积木构件。教学重点：RCX控制器

教学准备：硬件实物、图片，PPT课件。教时：1课时

课堂练习：整理硬件储物箱 教学内容与过程：

一、介绍RCX控制器

二、输入、输出部件

三、积木构件

四、按照9786核心套装图片，整理硬件储物箱

五、附件

乐高机器人控制器(RCX)

RCX与输入、输出部件的连接

乐高的输出部件：

a)9V迷你马达 b)9V高速马达

c)9V传动马达

d)微型马达

e)遥控赛车马达

小灯

蜂鸣器

乐高的输入部件

角度传感器 光线传感器 温度传感器 触动传感器

乐高的积木

图 纸

实 物

1.4 机器人的软件

教学目标：初识乐高编程软件《ROBOLAB》 教学重点：功能面板与工具面板的操作 教学准备：多媒体投影仪，电脑。教时：1课时

课堂练习：编一个最简单的程序 教学内容与过程：

内容——软件的启动与关闭；功能面板与工具面板的作用与操作；程序的下载与运行。

第二章 机器人结构搭建

2.1 有“皮肤”的三轮车

教学目标：能按照结构分解图，完成本项作品的搭建，理解乐高积木的作用。教学重点：乐高积木与图纸的匹配，教学准备：结构分解图，乐高结木，RCX一个，马达二个，触感一个。教时：1课时

课堂练习：用乐高积木搭建一个有“皮肤”的三轮车。教学内容与过程： 实践操作。

2.2 有“眼睛”的自寻迹小车

教学目标：能按照结构分解图，完成本项作品的搭建，理解乐高积木的作用。教学重点：乐高积木与图纸的匹配，教学准备：结构分解图，乐高结木，RCX一个，马达二个，光感一个。教时：1课时

课堂练习：用乐高积木搭建一个有“眼睛”的自寻迹小车。教学内容与过程： 实践操作。

2.3 有“手臂”的投篮机器人

教学目标：能按照结构分解图，完成本项作品的搭建，理解乐高积木的作用。教学重点：乐高积木与图纸的匹配，教学准备：结构分解图，乐高结木，RCX一个，马达二个。教时：1课时

课堂练习：用乐高积木搭建一个有“手臂”的投篮机器人。教学内容与过程： 实践操作。

2.4 履带战车

教学目标：能按照结构分解图，完成本项作品的搭建，理解乐高积木的作用。教学重点：乐高积木与图纸的匹配，教学准备：结构分解图，乐高结木，RCX一个，马达二个，触感二个。教时：1课时

课堂练习：用乐高积木搭建一个履带战车。教学内容与过程： 实践操作。

2.5 灵活转弯小车

教学目标：能按照结构分解图，完成本项作品的搭建，理解乐高积木的作用。教学重点：乐高积木与图纸的匹配，教学准备：结构分解图，乐高结木，RCX一个，马达二个，光感一个。教时：1课时

课堂练习：用乐高积木搭建一个灵活转弯小车。教学内容与过程： 实践操作。

2.6 娃娃学步

教学目标：能按照结构分解图，完成本项作品的搭建，理解乐高积木的作用。教学重点：乐高积木与图纸的匹配，教学准备：结构总图，乐高结木，马达一个。，教时：1课时

课堂练习：用乐高积木搭建一个“娃娃学步”。教学内容与过程： 实践操作。

2.7 六足牛

教学目标：能按照结构分解图，完成本项作品的搭建，理解乐高积木的作用。教学重点：乐高积木与图纸的匹配，教学准备：结构分解图，乐高结木，RCX一个，马达二个。教时：1课时

课堂练习：用乐高积木搭建一个“六足牛”。教学内容与过程： 实践操作。

第三章 机器人程序设计

3.1 三种灯光控制

教学目标：学习顺序结构、绝对跳转指令，完成三种不同灯光控制的编程。教学重点：顺序结构与绝对跳转指令

教学准备：ROBOLAB软件，乐高积木，RCX一个，小灯一只，触感一个。教时：1课时

课堂练习：ROBOLAB编程 教学内容与过程： 学习内容：

输入部件触感，输出部件小灯，停止图标，绝对跳转图标，开始与结束图标。

一、台灯控制程序

功能：按钮按下后，小灯亮，再次按下，小灯灭，可重复。

台灯控制程序

二、门口灯控制程序

功能：按钮按下后，小灯亮，延时2秒后，小灯灭，可重复。

门口灯控制程序

二、警灯控制程序

功能：程序启动后，小灯间隔1秒闪烁，始终循环。

警灯控制程序

3.2 避 障

教学目标：，马达图标与时间等待图标，完成“碰碰车”控制的编程。教学重点：马达图标与设置，时间等待图标与设置。

教学准备：ROBOLAB软件，乐高结木，RCX一个，马达二个，触感一个。教时：1课时

课堂练习：硬件配置与ROBOLAB编程 教学内容与过程： 学习内容：

马达图标与设置，时间等待图标与设置。

“碰碰车”控制程序

功能：小车向前运行，遇到障碍，先后退0.2秒,再转弯0.5秒,然后继续前进

“碰碰车”控制程序

3.3 自寻迹

教学目标：学习光感的应用，选择结构的应用，完成“沿黑线走”控制的编程。教学重点：选择结构的应用

教学准备：ROBOLAB软件，乐高结木，RCX一个，马达二个，光感一个。教时：1课时

课堂练习：硬件配置与ROBOLAB编程 教学内容与过程： 学习内容：

光感的应用，选择结构的应用。

“沿黑线走”控制程序。

功能：小车自动沿黑线行驶，但不会停止。

“沿黑线走”控制程序

3.4 秒 表

教学目标：学习计时器、显示屏、容器、清零，完成“秒表”控制的编程。教学重点：计时器、显示屏、容器、清零图标的应用。教学准备：ROBOLAB软件，RCXG一个，触感一个。教时：1课时

课堂练习：硬件配置与ROBOLAB编程 教学内容与过程：

计时器、显示屏、容器、清零图标的应用。

秒表控制程序

功能：按钮按下，开始计时，显示屏以0.1秒累加，再次按下，时间值固定。

3.5 两地控制

教学目标：学习容器清零，选择结构嵌套，完成“二个按钮控制一个灯”的编程。教学重点：选择结构嵌套

教学准备：ROBOLAB软件，RCX一个，小灯一个，触感二个。教时：1课时

课堂练习：硬件配置与ROBOLAB编程 教学内容与过程：

容器清零，选择结构嵌套。

“二个按钮控制一个灯”的程序

功能：两个按钮均可独立控制一个小灯。

3.6 判粗细

教学目标：会计算机器人经过某段距离的时间，完成“判断黑线粗细”的编程。教学重点：怎样判定过了一段路程。

教学准备：ROBOLAB软件，乐高结木，RCX一个，光感一个，场地一个。教时：1课时

课堂练习：硬件配置与ROBOLAB编程 教学内容与过程：

确定经过一段黑线的时间程序

“判断黑线粗细”的程序

功能：小车前进，过细黑线继续前进，过粗黑线后小车停止。

场地图纸

3.7 计数与判奇偶

教学目标：学习容器的运算，容器选择图标，完成计数与判奇偶的编程。教学重点：容器的运算，容器选择图标。

教学准备：ROBOLAB软件，RCX一个，乐高结木，马达一个，光感一个。教时：1课时

课堂练习：硬件配置与ROBOLAB编程 教学内容与过程：

机器人场地与“判粗细”程序相同

计数程序

功能：小车前进，过粗黑线后小车停止，显示经过的细黑线数目。

判奇偶程序

功能：小车前进，过粗黑线后小车停止，若经过的细黑线数目为奇数，机器人会亮一个灯。否则，若经过的细黑线数目为偶数，会亮两个灯。

3.8 多任务 教学目标：学习多任务编程、音阶图标，完成“边走边唱歌”的编程。教学重点：多任务编程

教学准备：ROBOLAB软件，RCX一个，乐高结木，马达二个，光感一个。教时：1课时

课堂练习：硬件配置与ROBOLAB编程 教学内容与过程：

多任务“边沿黑线走边唱歌”的程序

3.9 事件控制

教学目标：学习事件控制应用、完成“任意时刻停止沿黑线走”控制的编程。教学重点：事件控制应用

教学准备：ROBOLAB软件，RCX一个，触感一个，马达二个，光感一个。教时：1课时

课堂练习：硬件配置与ROBOLAB编程 教学内容与过程：

“任意时刻停止沿黑线走”程序

3.10 无线通信 教学目标：学习无线通信应用、完成“双胞胎小车”控制的编程。教学重点：顺序结构与绝对跳转指令

教学准备：ROBOLAB软件，RCX二个，乐高结木，马达一个，角感二个。教时：1课时

课堂练习：硬件配置与ROBOLAB编程 教学内容与过程：

“双胞胎小车”程序

“发信小车”程序

“收信小车”程序

第五篇：机器人选修课教案

第一章

机器人 选修课教案

目 录

走进机器人世界 1.1 学前教育 1.2 触摸机器人

1.3 机器人的硬件构成 1.4 机器人的软件

第二章 机器人结构搭建

2.1 有“皮肤”的三轮车

2.2 有“眼睛”的自寻迹小车 2.3 有“手臂”的投篮机器人 2.4 履带战车 2.5 灵活转弯小车 2.6 娃娃学步 2.7 六足牛

第三章 机器人程序设计

3.1 三种灯光控制 3.2 避障 3.3 自寻迹 3.4 秒表 3.5 两地控制 3.6 判粗细

3.7 计数与判奇偶 3.8 多任务 3.9 事件控制 3.10 无线通信

第四章 机器人工程创意设计

4.1 创意设计概述 4.2 工厂流水线

4.3 程控锯床

4.4 长颈鹿

第一章 走进机器人世界

1.1 学前教育 教学目标：理解本课程的意义，理顺教学秩序，认识课程目标。教学重点：理顺教学秩序 教学准备：学员须知30份 教时：1课时

课堂练习：参观校机器人实验室。教学内容与过程：

一、学员分组，选定班组长。

二、宣布课堂纪律、注意事项，介绍学习方法，三、公布学习总任务与学业评价。

四、参观校机器人实验室。

五、附件

《机器人制作》选修课学员须知

严格

协作

研究

一、严格

1、准时上下课。特殊情况事先向组长请假。

2、保管好器材，不遗失、不损坏。

3、保持环境安静、清洁，不得有粗鲁行为。

4、爱护电脑，禁玩游戏。

二、协作

1、每两人为一基本学习单位，合用一套器材，共同完成每个制作任务。要求：

⑴互相配合：交替进行各项操作，使人人都具有独立搭建与编程的能力。⑵互相帮助：有困难时共同探讨，一起进步。

2、每四人合用一台电脑，充分利用电脑获取信息和练习程序设计。

3、每六人为一个小组，合用一个调试场地，三、研究

 获取信息： 听课、利用电脑查阅资料和帮助文档、从互连网获取信息。 积极实践： 注重具体的结构搭建和编程练习，结累经验。

 探索研究： 开拓思路，展开联想，用实验的方法证明自己的想法

四、评价

以上三条(严格、协作、研究)和机器人项目制作结果作为学习成绩的依据 成绩分四档：

A优秀

B良好

C合格

D不合格

五、理念

乐高机器人制作理念

做中学 玩中学 团结协作

祝同学们： 团队协作 学得愉快 技术进步 能力提高

班组长职责

管理班长：①填写出勤情况表

②协助组长处理管理上的难点 ③及时与教师沟通管理上的问题 技术班长：①技术上领先全班同学

②协助组长处理技术上的难点 ③及时与教师沟通技术上的问题

组 长： ①技术上领先组内其他同学

②管理组内纪律，接受同学请假，③及时与二位班长协同工作

1.2 触摸机器人

教学目标：认识机器人的定义，了解机器人现状，激发学习兴趣。教学重点：机器人的定义 教学准备：录像与PPT课件 教时：1课时

课堂练习：观看录像资料 教学内容与过程：

一、讲解机器人的定义

二、讲解机器人现状

三、附件

1、机器人是什么

到目前为止人们对机器人还没有一个权威而又确切的定义，但“机器人是自动工作的机器”这种说法还是被人们广泛地接受。这样说来在我们身边到处都有机器人的存在。譬如：家中的电饭堡、洗衣机、各种防盗报警器，出租车的计价器等等。

既然机器人是自动工作的机器，那么利用机器人就可以为人们的生产、生活服务。当今，机器人的应用已经涉及到了工业、农业、家政、科研、军事实战等领域。机器人的足迹遍布陆地、海洋、天空，甚至在浩荡的宇宙太空上也能觅到它的芳踪，火星上的“勇气号控测器”向人们展示了它靓丽的风彩。

机器人要按照人们的意图自动地工作，它就必需有存放程序的存储器；为获取工作环境的信息就要有传感器(输入设备)；对获取的信息进行运算和处理，根据程序设计的工作步骤发出控制指令，这就要有CPU(中央处理器)；经过处理的信息要转化成输出声音、图像或是动作，就需要执行机构(输出设备)；再有，人们为完成某一特定的的任务，给机器人编写的操作系统和应用程序。这样看来机器人是一个完整的计算机系统。

当然，机器人是一个集多个学科的高科技产物，随着通信、网络、材料等各种高新技术的加入，使机器人变得越来越聪明，功能越来越强大。机器人技术给人们带来了巨大的利益，也成了衡量各国科技发展水平的标志。因此，机器人技术受到了各国政府的和重视，纷纷在机器人的研发、应用和教学普及中投入了巨大的人力、财力和物力。

2、图片资料

我国研制的工业机器人

日本索尼公司研制的娱乐机器人

美国研制的”角斗士”军事机器人

日本研制的家政机器人

水下排雷机器人

农业机器人

3、积木式机器人

积木式机器人是各大厂商专为广大青少年学习制作机器人而开发的，一般以套件的形式提供。套件中包括机器人控制器、输入输出部件、编程软件光盘、程序下载装置、机器人外形结构件、制作说明书等。厂商不同提供的套件也不同，有的结构件是整体不容易拆装和改形，有的结构件是散件，可以随心所欲自由拼凑，有些控制器是封闭的,有些是开放的，可以扩展一些输入输出端口。但它们都有一个共同的特点，这就是强大的直观的图形化编程平台，有了它，学习机器人程序的设计将变得轻松而愉快，当你学而有余时，也可以采用高级语言来编程。另外，套件中提供的各式各样易插易用且性能优越的传感器和小马达，省却了你诸多的烦恼。积木式机器人的确是机器人初学者得心应手的好帮手。

以下是国内常见的积木式机器人的图片资料。

乐高机器人

乐高新款机器人

广茂达AM—Ⅱ机器人 纳英特机器人

通用教学机器人

中鸣机器人

1.3 机器人的硬件构成

教学目标：认识机器人控制器、输入、输出部件、积木构件。教学重点：RCX控制器

教学准备：硬件实物、图片，PPT课件。教时：1课时 课堂练习：整理硬件储物箱 教学内容与过程：

一、介绍RCX控制器

二、输入、输出部件

三、积木构件

四、按照9786核心套装图片，整理硬件储物箱

五、附件

乐高机器人控制器(RCX)

RCX与输入、输出部件的连接

乐高的输出部件：

a)9V迷你马达 b)9V高速马达

c)9V传动马达

d)微型马达

e)遥控赛车马达

小灯

蜂鸣器

乐高的输入部件

角度传感器 光线传感器 温度传感器 触动传感器

乐高的积木

图 纸

实 物

1.4 机器人的软件

教学目标：初识乐高编程软件《ROBOLAB》 教学重点：功能面板与工具面板的操作 教学准备：多媒体投影仪，电脑。教时：1课时

课堂练习：编一个最简单的程序 教学内容与过程：

内容——软件的启动与关闭；功能面板与工具面板的作用与操作；程序的下载与运行。

第二章 机器人结构搭建

2.1 有“皮肤”的三轮车

教学目标：能按照结构分解图，完成本项作品的搭建，理解乐高积木的作用。教学重点：乐高积木与图纸的匹配，教学准备：结构分解图，乐高结木，RCX一个，马达二个，触感一个。教时：1课时

课堂练习：用乐高积木搭建一个有“皮肤”的三轮车。教学内容与过程： 实践操作。

2.2 有“眼睛”的自寻迹小车

教学目标：能按照结构分解图，完成本项作品的搭建，理解乐高积木的作用。教学重点：乐高积木与图纸的匹配，教学准备：结构分解图，乐高结木，RCX一个，马达二个，光感一个。教时：1课时

课堂练习：用乐高积木搭建一个有“眼睛”的自寻迹小车。教学内容与过程： 实践操作。

2.3 有“手臂”的投篮机器人

教学目标：能按照结构分解图，完成本项作品的搭建，理解乐高积木的作用。教学重点：乐高积木与图纸的匹配，教学准备：结构分解图，乐高结木，RCX一个，马达二个。教时：1课时

课堂练习：用乐高积木搭建一个有“手臂”的投篮机器人。教学内容与过程： 实践操作。

2.4 履带战车

教学目标：能按照结构分解图，完成本项作品的搭建，理解乐高积木的作用。教学重点：乐高积木与图纸的匹配，教学准备：结构分解图，乐高结木，RCX一个，马达二个，触感二个。教时：1课时

课堂练习：用乐高积木搭建一个履带战车。教学内容与过程： 实践操作。

2.5 灵活转弯小车

教学目标：能按照结构分解图，完成本项作品的搭建，理解乐高积木的作用。教学重点：乐高积木与图纸的匹配，教学准备：结构分解图，乐高结木，RCX一个，马达二个，光感一个。教时：1课时

课堂练习：用乐高积木搭建一个灵活转弯小车。教学内容与过程： 实践操作。

2.6 娃娃学步

教学目标：能按照结构分解图，完成本项作品的搭建，理解乐高积木的作用。教学重点：乐高积木与图纸的匹配，教学准备：结构总图，乐高结木，马达一个。，教时：1课时

课堂练习：用乐高积木搭建一个“娃娃学步”。教学内容与过程： 实践操作。

2.7 六足牛

教学目标：能按照结构分解图，完成本项作品的搭建，理解乐高积木的作用。教学重点：乐高积木与图纸的匹配，教学准备：结构分解图，乐高结木，RCX一个，马达二个。教时：1课时

课堂练习：用乐高积木搭建一个“六足牛”。教学内容与过程： 实践操作。