机器人社团开展方案

IRobotQ 3D机器人社团

一、社团宗旨

探索求实，实践创新

二、社团活动目标

1．向学生普及机器人基本知识及控制机器人运动；

2．鼓励学生动手动脑，培养学生的严谨逻辑思维、创新精神和实践能力；

3．在兴趣的基础上拓展学生思维，培养合作精神，乐于交流，勤于探索，形成实事求是的科学态度和精益求精的科学精神；

4．有针对性地让潜能的学生参加上级教育部门组织的机器人竞赛。

三、社团理念

机器人是集科技知识启蒙、创造性思维训练及创造力开发的最佳载体。可以适合于普通中、小对学生进行全面培养、提升现代学生的创造力、想象力和科学技能方面的素质教育。

社团将以“探索求实，实践创新”为宗旨，以“提高学生创新精神和实践能力，培养学生实事求是的科学态度和精益求精的科学精神等适应未来发展需求的基本素质”为目标，以“机器人虚实结合”为教学特色，指导学生学习机

器人相关软硬件知识，在机器人模型拼装、编程控制调试的实践过程中去体验，去掌握知识、去提高能力、去创新；引导学生了解未来机器人领域的发展趋势，倡导“科技创新，不畏艰难，勇于攀登，团结合作”的探究学习精神，努力成为未来机器人科技领域的开拓者和引领者。

社团将从零起点开始，分层次有针对性地辅导，让有信息潜能的学生有学习的机会和展现才能的舞台。

机器人器材和电脑由学校提供，学生不需要交费。

四、机器人器材

IRobotQ 3D仿真平台软件（客户端1.5.1.7 版本及以上）；

IRobotQ 3D机器人设计套装（ROBOKID-FR1）10-20套

五、社团组织及成员

1.社团组织机构及职责

2.社员招募要求

每学年开始从新生中招收新社员，自愿为主。申请加入本社的社员，必须具备的条件：

(1)热爱机器人科技，对相关专业内容有浓厚兴趣；

(2)有较强的探究学习能力，动手能力强，善于与人合作；

(3)学习刻苦，积极要求上进，文化学科成绩较优秀；

(4)有一定的空余时间，能按时参加社团活动；

(5)经家长同意后,并签订参加社团活动时往返协议；

3.社团新成员申请表（见附件一）

4.有以下情况之一，社团将进行劝退：

(1)违反校规校纪而受到处分；

(2)文化学科成绩严重下滑；

(3)多次缺勤，不能按时参加社团活动，以致出勤分数被扣光；

(4) 学习态度不适宜参加社团活动，以致学习态度分数被扣光；

(5)期末考核，总分数在60分以下；

5.社员招募广告（见附件二）

六、活动时间及地点

6.活动时间

一般，社团活动时间限于学校规定的社团活动时间；

赛前集中培训另行通知，如遇特殊情况更改活动时间由社长及班级联络员负责通知。

7.活动地点

计算机机房或机器人实验室。

每周具体的活动地点由社长及班级联络员负责通知。

8.比赛活动

原则上参加经学校同意的、上级教育部门组织的各类机器人比赛。

目前，主要参加中央电教馆组织的全国中小学电脑制作活动、全国中小学信息技术创新与实践活动(NOC)比赛。

学生比赛时，由学校派辅导教师随行指导。

七、活动培训内容

9.基础篇（虚拟）

9.1.你好 IRobotQ

教学内容：

(1)介绍当前主流的机器人仿真软件，介绍萝卜圈仿真软件的特点；

(2)掌握IRobotQ 3D仿真平台软件界面以及基本操作；

任务说明

将已编制好的机器人及程序导入IRobotQ 3D仿真平台软件，使用在线模式，进入指定房间运行；再将场景文件导入，使用离线模式，运行。

9.2.虚拟机器人小伙伴

教学内容：

(1)进一步掌握IRobotQ 3D仿真平台软件界面以及基本操作；

(2)掌握在IRobotQ 3D仿真平台软件中搭建不同机器人

任务说明：

IRobotQ 3D仿真平台软件中分别搭建四轮机器人、直升飞机、小跑车等；能够保存已搭建的机器人以及重新进入机器人搭建界面继续编辑机器人。

9.3.虚拟机器人启航

教学内容：

(1)根据需求搭建可以运动的机器人，编写控制程序让机器人行走；

(2)初步掌握机器人图形化编程方式，掌握电机和延时模块，灵活设置直流电机参数值控制机器人走不同线路；

(3)编写控制程序让机器人直行、转弯；

任务说明：

IRobotQ 3D仿真平台软件中搭建四轮机器人，设置机器人电机参数名；设置四轮机器人电机模块参数，控制机器人直行、转弯；使用场景为前进场景。

9.4.虚拟机器人畅游迷宫

教学内容：

(1)掌握障碍传感器或距离传感器的设置及使用；

(2)掌握永远循环的设置及使用；

(3) 编写控制程序让机器人走迷宫；

任务说明：

IRobotQ 3D仿真平台软件中，四轮机器人使用障碍传感器或距离传感器，依据左手法则或右手法则畅游迷宫；使用场景为迷宫场景。

9.5.虚拟机器人走轨迹

教学内容：

(1)掌握IF判断的设置及组合使用；

(2)掌握灰度传感器的设置及组合使用；

(3)编写控制程序让机器人走轨迹；

任务说明：

IRobotQ 3D仿真平台软件中，四轮机器人使用三个灰度传感器走轨迹，其中两个灰度传感器走轨迹，1个灰度传感器探测交叉路口；

拓展任务：虚拟机器人在十字路口转弯；

10.基础篇（虚实结合）

2.1前进，FR1机器人

教学内容：

(1)搭建FR1机器人（三轮结构）；

(2)编程：FR1机器人前进，转弯；

任务说明：

结合搭建FR1机器人（三轮结构）说明书，搭建FR1机器人；

安装IRobotQ 3D仿真平台软件（客户端1.5.1.7 版本及以上），选择FR1机器人；编程：前进或转弯。

2.2FR1机器人走迷宫

教学内容：

(1) FR1机器人（三轮结构）加载三个距离传感器或三个障碍传感器；

(2) 编程：FR1机器人走迷宫（左手原则或右手原则）；

任务说明：

在FR1机器人（三轮结构）安装三个距离传感器，朝向分别为正前方，前

方偏右45度，右侧；编程（右手法则）：当正前方的距离传感器或前方偏右45度的距离传感器检测到障碍物，其次当右侧的距离传感器检测到障碍物，FR1机器人前进，否则FR1机器人向左转弯。

2.3FR1机器人走轨迹

教学内容：

FR1机器人（三轮结构）加载三个灰度传感器；

编程：FR1机器人走轨迹，两个灰度传感器走轨迹，1个灰度传感器探测交叉路口；

任务说明：

在FR1机器人（三轮结构）安装三个灰度传感器，其中两个灰度传感器在机器人前方，检测方向朝下，第3个灰度传感器在机器人右侧；编程：右侧灰度传感器检测到黑线，FR1机器人向右转，其次当左灰度传感器检测到黑线，FR1机器人向左转，否则FR1机器人前进。

拓展任务：FR1机器人走轨迹过程中，当机器人右侧的第3个灰度传感器检测到黑线，意味机器人到达十字路口中，FR1机器人按一定幅度向右转弯，转90度。

11.竞赛篇（汽车总动员）

3.1初级赛车

教学内容：

(1)掌握IF条件判断的嵌套使用；

(2)掌握机器人使用距离传感器灵活行进的方案；

(3)掌握子程序的设置及使用；

任务说明

虚拟机器人前方搭建两个距离传感器，朝向分别向左侧、右侧旋转30度；

当虚拟机器人与两侧栅栏之间的距离分别小于一定值时，就应该开始调整自己的方向：

如果左边距离传感器测得的值>指定值，说明赛车偏右了，应该左转；

如果右边距离传感器测得的值>指定值，说明赛车偏左了，应该右拐；

如果都没有>指定值，赛车就保持直线前进。

这里的指定值是左边距离传感器测得的值与右边距离传感器测得的值的和的一半再+30

3.2中级赛车——变量控制

教学内容：

(1)掌握机器人使用距离传感器灵活行进的方案；

(2)掌握机器人走中线的行进模块方案；

(3)理解并掌握变量的设置及使用；

任务说明：

根据机器人与栅栏之间的距离来修改机器人行进方向的调整幅度，其中，当机器人与栅栏之间的距离较大时，调整的幅度较大；当机器人与栅栏之间的距离较小时，调整的幅度较小。

在初级赛车的基础上，正前方加装两个伺服电机，伺服电机上各安装1个距离传感器；

通过旋转伺服电机来控制距离传感器的朝向，即两个距离传感器的旋转角角度，然后将左、右距离传感器的感应数值，不断按一定比例关系转换为左右

两侧电机的速度值。左右两侧电机的速度值为某一个指定值+（（左距离传感器值—右距离传感器值）+偏移值）÷灵敏度。其中，距离传感器旋转角角度平时训练与比赛时一般固定30度为好，偏移值是允许机器人偏移中线的距离，灵敏度是距离差转换为速度差时的比例，灵敏度在训练和比赛时，通常采用固定值，建议取值150或200。这样，机器人速度是一般在某一个数值上做波动变化。

3.3机器人无极变速

教学内容:

(1)掌握机器人根据前端距离传感器调节速度的方案；

(2)掌握机器人不同速度间过渡的方案；

任务说明:

影响赛车的速度之一，是道路的弯曲度。为此，当赛车探测到前方道路比较直时，可以提高速度；当赛车探测到前方道路比较弯曲，可以降低速度。

在中级赛车的基础上，机器人正前方安装一个距离传感器，当此距离传感器检测到赛车前方1500内有障碍物时，用较低速度的走道路子程序（如，前进速度为35）；当检测到赛车前方2500内有障碍物时，用中等速度的走道路子程序（如，前进速度为35），否则用高等速度的走道路子程序（如，前进速度为70）。

当速度提高或降低的过程中，赛车运行容易不稳定。为此，增加两个子程序：提速子程序——速度一点一点逐步增加，降速子程序——速度一点一点逐步减少。

拓展任务：不设置较低速度、中等速度以及高等速度，用正前方距离传感

器的检测值与一个参数（如，3000）的比值作为机器人速度的调整幅度，此时机器人速度为一个固定值+速度的调整幅度。

3.4机器人抢分

教学内容:

(1)掌握根据需求改变机器人结构，如手臂的设计；

(2)掌握使用距离传感器走跑道的方案；

(3)掌握红外探测器的设置及其应用；

(4)掌握伺服电机设置及应用；

任务说明:

在中级赛车的基础上，在机器人前方加装两个红外探测器来帮助我们获取得分物体，朝向分别为向左、向右；加装1个伺服电机（属性中设置反转，若在调试中，手臂旋转方向不对，可以修改伺服电机的属性），伺服电机带动1个手臂，手臂上再加装1个伺服电机及安装块和小旗。

当一侧红外传感器数值超过一定值时，将手臂向该侧摆动。

编辑“获取得分物体”子程序：

当左侧红外探测器的值大于100，伺服电机旋转90度；

当右侧红外探测器的值大于100，伺服电机旋转90度；

否则，伺服电机不旋转。

当在出现并列的情况下，设定先拿取其中一侧，然后取另一侧，若不能拿到并列得分，则需要对机器人位置做出修正。

3.5直角转弯

教学内容:

(1) 掌握指南针传感器的设置及其应用；

(2) 掌握机器人碰撞式转弯方案；

(3) 掌握机器人漂移式转弯方案

任务说明:

在中级赛车的基础上，加装指南针传感器；

当直角转弯处有得分物，使用碰撞式转弯方案：赛车检测到正前方的栅栏，逐渐停止，然后后退，再借助指南针传感器转90度；

当直角转弯处无得分物，使用漂移式转弯方案：赛车检测到正前方的栅栏，提前降速，然后借助指南针传感器转90度，继续前进；

12.竞赛篇（NOC）

4.1机器人沿某一角度前进后退

教学内容:

(1) 掌握指南针传感器的设置及其应用；

(2)掌握根据指南针感应值与目标方向的关系调整电机速度；

任务说明:

原理：当指南针读数与目标数值有差值时候，利用速度差调整方向。

在机器人上加装指南针传感器，并设置好端口；

当指南针读数-目标数值的值大于1,或目标数值的值>300且指南针读数在1～90之间，机器人向左偏转,一般偏转为右侧电机比左侧电机速度大3；

当目标数值-指南针读数的值大于1,或目标数值的值<60且指南针读数在270～360之间，机器人向右偏转,一般偏转为左侧电机比右侧电机速度大3；

否则，机器人前进。

此方案适用于指南针读数与目标数值的差值小于30度，效果比较好，否则应先用下一节中方案（指南针控制机器人转至任意角度）。

4.2指南针控制机器人转至任意角度

教学内容:

(1) 掌握指南针传感器的设置及其应用；

(2)掌握根据指南针感应值与目标方向的差值改变电机旋转速度来调节方向的方案；

任务说明:

在机器人上加装指南针传感器，并设置好端口；

当指南针感应值大于目标方向时，若指南针感应值-目标方向的值小于180时，机器人向左旋转，旋转至目标方向的值+调整量，否则向右旋转，旋转至目标方向的值-调整量，此时若需跨越360/0度分界线，条件循环中的条件应为指南针感应值大于180或指南针感应值小于目标方向的值-调整量；

当指南针感应值小于目标方向时，若目标方向的值-指南针感应值小于180时，机器人向右旋转，旋转至目标方向的值-调整量，否则向左旋转，旋转至目标方向的值+调整量，此时若需跨越360/0度分界线，条件循环中的条件应为指南针感应值小于180或指南针感应值大于目标方向的值+调整量；

这里设置调整量，主要为了减少机器人惯性而造成的误差,因速度不同，其值会有所不同。

4.3飞檐走壁

教学内容:

(1)掌握螺旋桨的设置及综合使用；

(2)整合力学知识解决新问题

任务说明:

当物体附着在垂直面上时，一般情形下向下的重力大于向上的摩擦力，当有足够的力将物体压向垂直面时，摩擦力增大，足以与向下的重力平衡时，物体不会掉下来。利用这点，我们可以让机器人在爬上陡墙的过程中，增加一个足够大的力将机器人压向垂直面。

为了产生将机器人压向垂直面的力，在四个电机上方分别安装四个轴向随动结构，在其上再分别安装10倍精度直流电机，并加上螺旋桨。

注意：四个直流电机和螺旋桨型号要一致，这样产生的力平衡；需要安装10倍精度直流电机，这样的电机才能产生足够的力，

4.4机器人飞行

教学内容:

(1)掌握计时模块的设置及组合使用；

(2)掌握指南针传感器、海拔高度计的设置及组合使用；

(3)掌握轴向随动结构扫使用；

(4)掌握飞行力学知识及其应用；

任务说明：

在机器人上加装海拔高度计和四个轴向随动模块、10倍精度直流电机以及螺旋桨，仍用指南针传感器来控制机器人行进的方向

4.5王牌狙击——断开模块与弹射模块、滑杆模块综合

教学内容:

(1)掌握断开模块和弹射模块、滑杆模块的设置及使用；

(2)掌握变量的综合使用

任务说明：

在机器人上安装1个伺服电机、4个断开模块与1个弹射模块，还有一个滑杆模块，并设置断开模块与弹射模块、滑杆模块以及伺服电机的端口。

增加断开模块和弹射模块以及伺服电机：利用伺服电机将弹射模块转向（瞄准目标），使用断开模块将安装块断开，弹射模块将安装块弹出，去击打指定的物体。

13.竞赛篇（虚实结合）

5.1机器人火矩传递

教学内容:

(1) FR1机器人加载距离传感器及灰度传感器；

(2)编程：使用第3个灰度传感器检测指定位置；机器人2检测到机器人1时即刻启动，沿轨迹到达终点，停止工作，使用第3个灰度传感器检测指定位置；

任务说明：

机器人1沿轨迹走到机器人2后方，距机器人2指定距离处停止；当机器人2检测到机器人1到达自己后方，机器人2启动，沿轨迹到达终点，停止工作。

5.2智能闸门

教学内容:

(1) FR1机器人1加载灰度传感器，FR1机器人2加载距离传感器及第3个电机，用以控制闸门旋转；

(2)编程：机器人1沿轨迹运动，到达指定位置即停止工作（速度不能过快）；机器人2检测到机器人1时即刻启动闸门，放机器人1通过，机器人2加载的第2个距离传感器检测到机器人1时即意味机器人1已通过闸门，机器人2即可将闸门复位。

任务说明：

机器人1沿轨迹运动，到达指定位置即停止工作（速度不能过快），中途经过一道闸门；机器人2加载的第1个距离传感器检测到机器人1时即刻启动闸门，放机器人1通过；机器人2加载的第2个距离传感器检测到机器人1时即意味机器人1已通过闸门，机器人2即可将闸门复位。

八、教学建议

1．基础部分，使用老师讲解与微课相结合的教学模式，并从中找出自学能力强，动手快，对机器人感兴趣的学生，进入竞赛小组；

2．上完课，及时对学生进行评价，包括知识的掌握，有无问题，如何完善不足之处；

3．定期举办机器人校级比赛，并给予一定奖励，以避免学生始终停留在玩的初级阶段。

九、社团考核

每学期考核一次，根据出勤次数、学习态度和程序设计运行情况打分，总分100分。

1．出勤次数总分10分。每缺席一次扣2分，请假扣1分，请假必需在活动前书面告知社长才能生效，迟到半小时扣1分，早退半小时扣1分。由社长记录考勤，扣完10分的取消参加资格，劝退处理，以后也不能报名机器人社团。对于全勤学生给予奖励2分。

2．学习态度总分20分。期末由社长和指导教师根据学生表现酌情给分，主要考察以下几个方面：

(1)上机调试是否积极；

(2)所发资料是否认真阅读；

(3)不懂的地方是否请教同学或老师；

(4)活动过程中是否使用电脑做与学习无关的事情；

(5)是否积极帮助同学解决问题；

(6)是否积极搬运拼装场地；

(7)是否把垃圾留在教室中；

(8)是否积极参与活动地点的卫生打扫等。

以上考察内容每违反一次扣2分，由社长和指导老师一起监督，扣分情况由社长记录保存。扣完20分的取消参加资格，劝退处理，以后也不能报名机器人社团。对于整学期表现优秀，积极学习的学生给予奖励5分。

3．机器人项目考核总分70分。在2小时内编写调试程序让机器人在指定场地上尽量获得高分。

4．三项总分即为该生的期末分数。60分以下的不合格，劝退处理，并且以后都不能报名机器人社团。三项总分在80分（含80分）以上，并且程序设计思路有科学性、创造性、实用性的同学有机会参加各类机器人竞赛，具体人选按分数由高到低，由指导教师选定。