教学教程 · 从调试到课堂

模块 1 · 仿真先行：为什么先“假”，再“真”

我们怎么调

用与实机一致的 URDF 关节链、关节限位和 TCP 建仿真；先在仿真里检查姿态、可达性、碰撞与路径，再下发真机。真机时间只用于验证已经跑通的方案。

课堂上怎么教

• 先让学生在仿真里预测“夹爪会往哪边动”，再点按钮验证。
• 把“仿真—真机”差异当成讨论题：为什么真机慢、为什么有误差？
• 建立规则：仿真没跑通，不上真机。

对应：D01 初中三关、D02 高中限位数据课、初中 J01–J03、高中 S01/S06。

模块 2 · 运动安全：位置、速度、力度三件事

我们怎么调

大范围姿态切换先慢速、再走安全侧摆、到位后再恢复标准速度；路径先做碰撞检查，离立柱足够远才直接走。立柱与机械臂一起升降，安全范围随之平移。

课堂上怎么教

• 用 D01 第一关的“接近距离 / 握力”滑杆，让学生看到参数变化。
• 把“停住 1.5 秒”解释成确认窗口，而不是浪费时间。
• 让学生写三条“机器人安全公约”。

对应：D01 第一关、初中 J01、高中 S06。

模块 3 · 抓取：先升立柱，再从上往下

我们怎么调

抓桌面物体前先把臂基座/夹爪抬到桌面以上；预抓取位置高于桌面 ≥12cm；只允许从上往下接近；指尖离桌面 ≥1cm；先用头部相机找目标，再用手腕相机精定位。

课堂上怎么教

• 用“高—准—慢”三个字概括：先抬高、再对准、最后慢降。
• 让学生在学案上画“错误接近”和“正确接近”两张侧视图。
• 真机演示只做空载，不夹手、不夹笔。

对应：初中 J01/J04、高中 S06。

模块 4 · 点云与视觉：把“看见”变成坐标

我们怎么调

头部 RGB-D 数据转到机器人基坐标系，做体素降采样、平面提取、物体聚类；识别结果只作为候选，最终抓取前还要用腕部相机确认。识别失败时保留原图与参数，便于复盘。

课堂上怎么教

• 先讲“像素坐标 → 相机坐标 → 机器人坐标”的转换链。
• 用一张桌面照片让学生圈出“可抓/不可抓”，再对照算法结果。
• 把“置信度”讲成“敢不敢下手的把握”。

对应：初中 J04、高中 S05/S06。

模块 5 · 对话：听懂、找到、说人话

我们怎么调

语音先转文字，再做意图识别和槽位抽取；知识库按“问题—关键词—答案”组织；答不上来时明确说“不知道”，并记录问题，下一轮补库。涉及动作的指令必须加安全护栏。

课堂上怎么教

• 用 D01 第二关的“意图 / 槽位 / 置信度”面板讲清链路。
• 让学生故意问一个知识库外的问题，体验“拒识”。
• 比较“教室在哪”和“带我去教室”：一个是问答，一个是任务。

对应：初中 J05、高中 S07。

模块 6 · 导航：地图、路径、到站

我们怎么调

先把环境栅格化，标出可通行/障碍；用 A* 做全局路径，用局部规则处理动态障碍；到站不只看距离，还要看方向、地面标记和任务回执。失败时保留“在哪一步失败”的日志。

课堂上怎么教

• 用 D01 第三关先让学生猜路线，再点目的地验证。
• 把“行人阻挡”当成动态障碍案例：停—等—绕—回原路线。
• 讨论：如果目的地在三楼，还需要什么？

对应：D02 定点头限位、初中 J06/J07、高中 S06。

模块 7 · 系统集成：接口比功能更重要

我们怎么调

把感知、决策、执行拆成独立模块，用统一的消息/接口连接；每个模块都能单独测试，失败时能定位到具体环节。集成测试先跑通“最短闭环”，再逐步加功能。

课堂上怎么教

• 让学生画 D01 三关的输入/输出框图。
• 用“如果对话模块坏了，带路还能不能用”讨论解耦。
• 高中要求用 Python/ROS 2 复现其中一个模块。

对应：高中 S01/S09/S10。

模块 8 · 评价：证据优先，不只看“能跑”

我们怎么调

每次调试记录：改了什么、预期什么、实际什么、下次改什么。可靠性用成功率、耗时、碰撞次数、失败原因分布来衡量，而不是只看一次演示。

课堂上怎么教

• 学案每关都有“参数—现象—判断”三列。
• 展示环节要求带 1 张图或 1 组数据。
• 用 rubric 评“观察记录、概念理解、提问质量、安全规范、团队协作”。

对应：全部项目；D01 教案第七节。

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