J03
贴边小能手：沿墙走迷宫
初中 · 7–9 年级 · 10 课时 × 40–45 分钟
核心问题：怎样让机器人贴着墙走完整条迷宫，既不脱墙也不撞墙？
🎮 趣味玩法：贴边挑战「沿着墙走一圈」：在 L/U/S 形赛道比谁贴得最近又不碰墙，脱墙一次扣 1 分。
项目目标
- 理解循环的终止条件与状态记忆
- 能画出三状态状态机并转成图形化程序
- 能用比例控制改善沿墙的平顺性
- 能在贴边竞速赛中平衡速度与稳定性
领域落点
AI：连续感知与反馈控制——让机器人“保持”一种关系
硬件：侧向测距传感器、编码器、双轮底盘
算法：循环、状态机、比例控制（P）
10 课时大纲
2 + 6 + 2| 课次 | 课题 / 驱动问题 | 关键知识点 | 学生任务 | 产出 |
|---|---|---|---|---|
| L01 | 贴边任务：墙边为什么总漏扫 机器人的“贴边”到底难在哪？ | 墙边垃圾分布；车体尺寸与转弯半径；贴边距离的取舍 | 观察实机沿墙视频，测量漏扫带宽，提出“理想贴边距离”并说明理由。 | 问题分析单 |
| L02 | 侧眼：测距传感器原理 侧面的传感器在测什么？ | 红外三角测距/超声波回波；安装高度与盲区；侧向读数的噪声 | 把传感器侧装，测量 3—30cm 的读数稳定性，找出盲区与噪声最大的区间。 | 侧向标定表 |
| L03 | 一直走：循环与停止条件 程序如何“一直”做一件事？ | while / repeat 结构；终止条件；循环中的等待与采样周期 | 写一个“直到前方 20cm 有墙才停止”的循环，故意制造死循环并学会用超时保护。 | 循环程序 + 超时保护 |
| L04 | 三个状态：直行、沿墙、脱困 能不能把行为分箱？ | 状态与事件；状态迁移条件；状态机图符号 | 画出直行、沿墙、脱困三状态图，标注每条迁移的触发条件与动作。 | 状态机图 |
| L05 | 别画龙：比例控制 怎样让贴边不“画龙”？ | 误差 = 目标距离 − 实测距离；比例系数 Kp；转向量与饱和限幅 | 用 P 控制让小车保持 12cm 贴边，比较 Kp 取 0.5、1、2 时的轨迹差异。 | P 控制参数表 |
| L06 | 内角与外角 遇到凹角和凸角怎么办？ | 内角：转向并重新捕获墙；外角：短暂直行再搜索；丢墙判定 | 在 L 形、U 形、凸台三种墙角测试，为每种角设计一条处理规则。 | 墙角处理规则 |
| L07 | 脱困：被卡住怎么退出 被卡住时如何有序退出？ | 卡死检测：时间/里程/电流；后退与转向组合；重试上限 | 设计“后退—左转—前进—再沿墙”的脱困序列，统计 20 次人为卡死的脱困成功率。 | 脱困序列测试 |
| L08 | 把状态机画成程序 图能不能直接变成程序？ | 状态枚举与 switch；事件轮询；状态进入/退出动作 | 把状态机图逐条翻译成图形化程序，要求每个状态有独立函数/积木组，便于单测。 | 状态机程序 |
| L09 | 沿墙竞速赛 稳定和速度能兼得吗？ | 速度与采样率；超调与振荡；平滑加减速 | 在 8m 沿墙赛道计时，碰撞每次罚 3 秒；通过调参与降速找到最快且稳定的组合。 | 竞速成绩 + 参数 |
| L10 | 状态机迁移：生活里的状态 生活里还有哪些“状态”？ | 状态机在电梯/红绿灯中的应用；可读程序的价值；从状态到任务规划 | 用状态机描述电梯或红绿灯，比较与沿墙程序的共同点，完成一份迁移笔记。 | 迁移笔记 |
说明：本页是教程副本（大纲级），不是完整课件。完整课件、教案、学案、代码与仿真场景按学校进度单独导出。