机器人与自动化
课程复习
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周次
- 01
什么样的东西才算机器人？
第 1 周：什么样的东西才算机器人？. 状态：未开始
- 02
搭一台能跑起来的机器人
第 2 周：搭一台能跑起来的机器人. 状态：未开始
- 03
把指令说明白
第 3 周：把指令说明白. 状态：未开始
- 04
让机器人学会感知
第 4 周：让机器人学会感知. 状态：未开始
- 05
让机器人作出反应
第 5 周：让机器人作出反应. 状态：未开始
- 06
调试与可靠性
第 6 周：调试与可靠性. 状态：未开始
- 07
规划一次自主任务
第 7 周：规划一次自主任务. 状态：未开始
- 结业
结业项目
结业项目. 状态：未开始
保存的程序
你在编程周里搭好并保存的程序，会显示在这里。
模拟器运行记录
你完成的模拟器任务会列在这里。
可打印资源与成人指导
Each week has a print-friendly student worksheet and a parent & teacher guide (with the learning purpose, pacing, common misconceptions, questions to ask, safety notes, and the knowledge-check answer key). Open one and use your browser's Print option.
词汇参考
课程里所有的机器人术语，按周整理。
第 1 周：什么样的东西才算机器人？
- 机器人:
- 一种能感知周围环境、决定要做什么，并按照程序自己行动的机器。
- 机器:
- 能干活的工具，比如自行车或订书机。一台机器只有能自己感知、自己决定，才算得上机器人。
- 输入:
- 机器人从外界获取的信息，通常是通过传感器得到的。
- 处理:
- 「思考」的那一步：控制器根据输入决定接下来要做什么。
- 输出:
- 机器人做出的动作，比如转动一个轮子或点亮一盏灯。
- 控制器:
- 机器人的「大脑」：那台运行程序、做出决定的小型计算机。
- 传感器:
- 用来测量外界某种情况的部件，比如距离、光线或触碰。
- 执行器:
- 让某样东西动起来或让某件事发生的部件，比如电机、轮子或蜂鸣器。
- 程序:
- 控制器要遵循的一组指令，让它每次都用同样的方式把一件活儿干好。
- 自主:
- 靠传感器和程序自己行动，不需要人来操控。
- 遥控:
- 由人实时操控，比如用摇杆或手机应用来控制。
第 2 周：搭一台能跑起来的机器人
- 电机:
- 通电后会转动的部件，为机器人提供滚动所需的动力。
- 车轴:
- 一根装着轮子的杆，车轴一转，轮子就跟着转。
- 轮子:
- 圆形的部件，车轴转动时它就带着机器人在地上滚动。
- 齿轮:
- 带齿的轮子，与另一个齿轮咬合，把转动传过去，同时改变转动的速度或力气。
- 速度:
- 机器人跑得有多快。小齿轮带大齿轮，会让轮子转得更慢。
- 扭矩:
- 电机或齿轮所具有的转动力气。扭矩越大，推动沉重的机器人或者爬坡的力量就越足。
- 摩擦力:
- 两个接触面之间的相互摩擦的力。它会减缓滑动，让轮子抓住地面，而不是在原地空转。
- 抓地力:
- 轮子抓住地面的能力。抓地力好，轮子就能把机器人往前推，而不是打滑。
- 平衡:
- 把机器人的重量分布好，让它立得住、不翻倒。
- 稳定性:
- 一台机器人有多难被弄翻。又低又宽的底盘比又高又窄的更稳。
- 质心:
- 机器人重量集中的那个平均位置。质心越低，机器人就越不容易翻。
- 底盘:
- 机器人的车架或者说底座，把电机、轮子和其他所有部件固定在一起。
- 差速驱动:
- 一种转向方式：让两侧的轮子以不同速度转动，机器人就会往转得慢的那一侧偏。
第 3 周：把指令说明白
- 程序:
- 计算机为完成一件活儿而遵循的一份指令清单。这一周，程序就是一串移动指令。
- 指令:
- 机器人能执行的一条命令，比如「向前走」或者「向右转」。
- 顺序:
- 指令一条接一条、按次序从上往下执行。次序很要紧。
- 算法:
- 完成一项任务的清晰分步计划，既不漏步骤，也不含糊其辞。
- 伪代码:
- 在把计划变成真正的代码之前，先用日常语言把步骤写下来。
- 事件:
- 让程序开始运行的那一刻，比如按下「开始」或者触发「被点击时」积木块。
- 时间:
- 一条指令持续多久，以秒计量：这是控制机器人走多远的一种办法。
- 距离:
- 一条指令让机器人移动多远，通常用厘米或网格的格数来设定。
- 转向:
- 让机器人原地旋转的指令，通常按固定的度数来转，比如 90 度。
- 速度:
- 电机转得有多快。速度越快，同样的时间里走的距离就越远。
- 预测:
- 运行程序之前，你对机器人会停在哪里作出的最佳判断。
第 4 周：让机器人学会感知
- 触碰传感器:
- 一种能判断自己有没有被按下的传感器，就像按钮或者保险杠。
- 距离传感器:
- 一种测量最近的物体有多远的传感器，通常以厘米为单位。
- 光线传感器:
- 一种测量环境有多亮或多暗的传感器，光越亮，给出的数字越大。
- 颜色传感器:
- 一种读取正前方表面颜色的传感器，比如红色、蓝色或白色。
- 传感器读数:
- 传感器在某一刻给出的数字，比如 20 厘米，或者亮度 47。
- 阈值:
- 你自己挑的一个分界数字，用来区分两种情况，比如「比 15 厘米还近就算近」。
- 探测极限:
- 超过这一点传感器就感知不到了，比如距离传感器读不出大约 2 米以外的东西。
- 校准:
- 调整或核对传感器，让它的读数在这个房间、这台机器人上是准确的。
- 噪声:
- 什么都没变，读数却还是会小幅跳动，正因如此才要多测几次。
- 可靠性:
- 你能有多信得过一个传感器每次都给出同样、正确的读数。
- 一次测量:
- 一场测试里的单独一次测量；通常要做好几次，然后互相比较。
- 基准读数:
- 在一个已知、稳定的条件下先测出来的读数，用来和其他读数作比较。
第 5 周：让机器人作出反应
- 循环:
- 一种积木块，它替你把一个或多个步骤重复执行，省得你一遍遍地把它们写出来。
- 无限循环:
- 一种一直重复下去的循环，直到你把程序停掉为止。
- 重复直到:
- 一种循环，它会一直重复，直到某个条件变成真，然后停下来继续往下走。
- 条件:
- 一次关于外界情况的判断，比如「墙近不近？」，答案永远非真即假。
- If:
- 一种积木块，只有条件为真时才执行里面的步骤，条件为假时就跳过。
- 如果/否则:
- 一种积木块：条件为真时执行一组步骤，为假时执行另一组步骤。
- 布尔值:
- 一种只能取两个值之一的数据：真或假。条件给出的答案就是布尔值。
- 避障:
- 一种行为：机器人不断循环、读取距离传感器，一旦有东西靠近就避开。
- 循线:
- 一种行为：机器人不停查看光线或颜色传感器，并调整方向，始终压在标出的线上。
- 反应式行为:
- 机器人根据自己实时感知到的情况改变做法，而不是照着一张固定的清单走。
第 6 周：调试与可靠性
- 调试:
- 弄清楚机器人的实际结果为什么和预期结果不一样，然后把它修好，这整个过程就叫调试。
- 变量:
- 程序里一个有名字的存放处，里面的值在程序运行过程中可以改变。
- 计数器:
- 一个用来计数的变量：它从某个数字开始，每发生一次事情就加一。
- 存放的值:
- 程序放在变量里的一个数字或信息，方便日后取用或修改。
- 校准值:
- 你测出来并保存下来的一个数字，好让传感器的读数含义正确，比如白色地板的亮度值。
- 预期结果:
- 程序运行正确时「应该」发生的事，也就是你在测试之前作出的预测。
- 实际结果:
- 你真的把机器人跑起来之后「确实」发生的事，由你亲眼观察并记录下来。
- 测试用例:
- 你为了测试而特意布置出来的一个具体情境，比如「一堵正好在 15 厘米处的墙」。
- 机械问题:
- 机器人身体上的实体故障，比如轮子松了、线缆拖在地上，或者齿轮卡死了。
- 程序问题:
- 指令上的错误：某个积木块或数字写错了、漏掉了，或者顺序不对。
- 传感器问题:
- 感知环节出的岔子：读数不好、阈值不对，或者传感器需要重新校准。
- 可靠性:
- 机器人一遍又一遍正确完成同一件活儿的本事，靠反复试验来证明。
第 7 周：规划一次自主任务
- 自主:
- 靠自己行动：机器人用传感器和程序决定该做什么，不需要有人操控。
- 遥控:
- 由人实时地、一步步地操控，比如用摇杆或手机应用。
- 需求:
- 机器人「必须」做到、才算完成任务的事，比如「到达卸货区」。
- 约束:
- 你必须在里面施展的限制条件，比如时间、尺寸、材料或预算。
- 评判标准:
- 你用来判断成败的尺度，比如「在离墙 5 厘米以内停住」或者「30 秒内跑完」。
- 取舍:
- 放弃一点某样好东西，去换来更多的另一样，比如开慢一点来换取更可靠。
- 工程设计流程:
- 工程师们反复走的那个循环：规划、制作、测试、改进。
- 迭代:
- 在设计循环里走完的一圈：测试你的方案或机器人，找出问题，再把它改好。
- 效率:
- 用更少的东西把活儿干好：更少的步骤、更短的时间，或者更少的能量。
- 安全停车:
- 一段编好的行为，在任务完成或者有东西挡路时，让机器人安全地停下来。
- 负责任的机器人技术:
- 多想想安全，也想想什么时候该由人、而不是机器人来掌控。
- 流程图:
- 程序的分步示意图，用方框表示动作、用菱形表示判断。
结业项目
- 任务:
- 你为自己的机器人挑的那一件有用的活儿。
- 规划书:
- 动手之前写下的一份简短方案，说明任务、需求和约束。
- 「输入、处理、输出」示意图:
- 一张图，画出你的机器人感知什么、怎样作决定、以及做了什么。
- 流程图:
- 你程序的分步示意图，用方框表示动作、用菱形表示判断。
- 迭代:
- 通过测试你的设计、找出问题、再作出改动，把它变得更好。
- 安全停车:
- 一种行为：任务完成或有东西挡路时，让机器人安全地停下来。
- 评分量表:
- 一张表格，说明入门、发展中、熟练和优秀的作品各是什么样子。
预测记录
你在实验之前写下的预测会显示在这里。
测试记录
你在测试周里填写的测试表格会显示在这里。
问题与解决办法
你在调试任务里记下的解决办法会显示在这里。
日志条目
你保存的设计日志答案会显示在这里。
答案解析
你做过一次知识检测之后，它的答案解析就会显示在这里，方便你重新看一遍。