《智能机器人与传感器》教案课程单元设计08 - 接近觉(超声波测距传感器).doc

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《传感器技术与应用》

一、教案头

本次课标题:感知相关--超声波距离传感器

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

能力(技能)目标

知识目标

1、能使用树莓派连接超声波测距模块

2、能在Raspbian下使用nano编写并且调试python测距程序

3、会指定测试方案来测定距离的准确性,

1、熟练掌握超声波测距技术的工作原理

测距的公式表示为:L=C×T

式中L为测量的距离长度;C为超声波在空气中的传播速度;T为测量距离传播的时间差(T为发射到接收时间数值的一半)。

2、熟练掌握超声波测距在机器人上的应用:避障以及协助定位物体在三维空间的位置信息

3、熟练掌握实验的硬件搭建

4、熟练掌握程序的意思

5、熟练掌握传感器误差的来源,并采用多次测距,求误差的统计方法

任务1:采用远程网络登录方式连接上树莓派并在树莓派上连接超声波测距模块

任务2:启动并使用编辑器nano,输入一个python测距程序,并存盘;

任务3:调试并执行此python程序

任务4:测试得到距离的准确性,进行统计分析测量结果的可靠性,并用例如Excel等工具绘制误差统计图

【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】苏炜等,《超声波测距误差分析》,传感器技术,2004年第23卷第6期

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

【5】树莓派官网:/

【6】树莓派实验室:/

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.介绍超声波测距模块的原理、距离计算及模块的使用

2.介绍硬件的搭建

3.解释测距程序

4.介绍传感器误差的来源,并采用多次测距,求误差的统计方法

教师主讲及实物演示

多媒体

听讲解

5分钟

引入

(任务项目)

超声波测距模块是许多机器人的标配。根据机器人相机看到的事物,测量物体表面到机器人的距离。此距离数值用于机器人接近(或远离)物体的参考,或者使用机器手臂抓取物体其中之一的参考值(需要多传感器融合技术)。

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.按要求连线,让PC机能使用树莓派并对超声波测距模块进行控制

2.编辑python程序并存盘、调试程序的正确性

上机指导

上机

实操

25分钟

深化

(加深对基本能力的体会)

讲解多次测量求误差的方法,并学会使用类似Matlab或者Excel等绘制误差的统计分布图。

教师主讲

上机指导

实际操作演示

指导+实操

12分钟

归纳

(知识和能力)

通过学习在树莓派上使用python对超声波测距模块进行编程。让学生了解在这样的硬件环境下传感器编程的一般方法:(1)连接传感器模块的输入/输出端口到树莓派相应的端口(2)使用一些python库进行程序编写(3)结果输出

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

让学生结合上节课点亮LED等程序,结合超声波测距模块,当手与测距模块距离小于10cm时,点亮LED灯。当手离开时熄灭。

师生互动

实际操作演示

指导+实操

20分钟

总结

机器人所具有的特点是模仿人类的特点而来的。对于距离的估计,刚靠看是不能得出的,还得结合使用经验来具体判断距离的估计值。而超声波测距,也是对距离的一种估计。在有一定精度要求的情景下应用,需要对估计值进行修正。

教师主讲

课件演示

听课

5分钟

作业

看教学视频:3D旋转的方法:Euler、axis-angle、quoternion

说明作业要求

课件演示

学生记录

3分钟

后记

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