《智能机器人与传感器》教案课程单元设计10 - 内部传感器（陀螺仪MPU6050）.doc

PAGE

PAGE2

《传感器技术与应用》

一、教案头

本次课标题：感知相关--陀螺仪传感器MPU6050

授课班级

16电子信息3-1

上课时间

课时：2

上课地点

知行楼5-413

教

学

目

标

能力（技能）目标

知识目标

1、能使用树莓派连接陀螺仪模块

2、会通过IIC辅助工具测试陀螺仪模块安装的正确性

3、能使用IIC库函数对模块编程并获取数据

4、懂得选择3D旋转的数学方法

1、熟练掌握陀螺仪MPU6050模块的原理

2、熟练掌握陀螺仪技术在机器人上的应用

3、熟练掌握Python程序每一行程序的意义

4、掌握从陀螺仪数据里获得姿态的方法

5、掌握3D选择的数学方法：Euler、axis-angle、quoternion

6、掌握上述方法的优缺点

能

力

训

练

任

务

及

案

例

任务1：连接并测试陀螺仪模块连接的正确性

任务2：使用IIC库进行MPU6050传感器的数据获取实验

任务3：调试上述代码

参

考

资

料

【1】郭彤颖，张辉，《机器人传感器及其信息融合技术》，化学工业出版社，ISBN：9787122283658，2017年1月

【2】贾海瀛,《传感器技术与应用》，ISBN:9787040422658，高等教育出版社，2015年9月

【3】TeroKarvinen,etc.,《Make:Sensors》,ISBN:9781449368104，OReilly，2016

【4】KimmoKarvinenandTeroKarvinen,《GettingStartedwithSensors》,ISBN：9781449367084，MakerMedia,Inc.,2014

【5】树莓派官网：/

【6】MPU6050姿态计算参考:http://rln.moe/appix/orange-pi-mpu6050/

二、教学设计

步骤

教学内容

教学方法

教学手段

学生活动

时间分配

告知

（教学内容、目的）

1.讲解陀螺仪的工作原理

2.讲解MPU6050芯片框图

3.讲解陀螺仪程序

4.介绍从陀螺仪数据里获得姿态的方法

教师主讲及实物演示

多媒体

听讲解

10分钟

引入

（任务项目）

机器人最主要的部位就是身体，它定意了机器人的位置、朝向以及重心，从而决定机器人的平衡特性。从陀螺仪传感器里正好能计算到一个坐标系，从而可以获得机器人的朝向及重心计算。

教师主讲

多媒体

听讲解

5分钟

操练

（掌握初步或基本能力）

1.连接树莓派及陀螺仪模块，并且测试IIC连接的有效性

2.通过IIC库函数,编程让树莓派可以得到陀螺仪模块里面的原始数据

上机指导

上机

实操

28分钟

深化

（加深对基本能力的体会）

获取的原始数据，需要转变成姿态坐标系。有以下两种方法：

1.直接从原始数据计算（较难）

2.通过MPU6050内置DigitalMotionProcessor(DMP)处理器计算，直接输出类似欧拉角或者四元组等姿态数据。

3、学会使用3D旋转的数学运算方法

4、知道3D旋转中gimballock的含义

教师主讲

上机指导

实际操作演示

指导+实操

20分钟

归纳

(知识和能力)

通过连接IIC协议获取数据的实战，让学生获得通过协议控制传感器的经验。从而可以推广其他协议下获取传感器数据也有类似的过程。

师生互动

小组讨论

讨论

小组讨论

5分钟

训练

巩固

拓展

检验

1．让学生尝试从陀螺仪得到的原始数据转变成为姿态数据。

2．得到的姿态数据有可能存在噪音，了解去噪音算法（卡尔曼滤波器）的使用。

师生互动

实际操作演示

指导+实操

8分钟

总结

机器人的平衡性、机器人的朝向等主要的参数都需要靠陀螺仪传感器来完成。得到噪音较低的姿态数据，有利于帮助机器人运动过程中不易摔倒，以及帮助机器人在环境中定位方向。

教师主讲

课件演示

听课

2分钟

作业

查找资料，解释3D旋转：Euler、axis-angle、quoternion的意思

教师主讲

课件演示

听课

2分钟

后记