J06
带路小导游：导航与回充
初中 · 7–9 年级 · 10 课时 × 40–45 分钟
核心问题：机器人怎样在校园里找到路，把客人带到目的地，再自己回去充电？
🎮 趣味玩法：校园寻宝「跟着机器人走」：学生抽目的地卡，机器人规划路线并带路；走错扣分，先到终点的小组获得「向导徽章」。
项目目标
- 理解地图、定位、路径规划与路点跟踪的关系
- 能实现“选目的地—规划—沿路点行驶—到站提醒”的完整流程
- 能用成功率、耗时与碰撞次数评估导航可靠性
领域落点
AI：环境感知、方向判断与到站确认
硬件：编码器、陀螺仪、红外/超声波、充电座、双轮底盘
算法：栅格地图、A* 路径、路点跟踪、避障与重试
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 | 新生报到：带我去教室 机器人怎样把“教室”变成一个可到达的目标？ | 导航任务的输入与输出；目的地、路线、到达判定；课堂安全与行人优先 | 发布“校园向导”任务：从校门出发，把客人带到 3 个指定地点；小组画出任务流程并标出可能失败点。 | 导航任务卡 |
| L02 | 给校园画一张地图 机器人眼里的校园是什么样？ | 栅格地图与坐标；障碍膨胀；地图分辨率 | 用 20×20 格子画出教室平面图，标出桌子、门、充电座，比较 10cm/20cm 分辨率的影响。 | 手绘栅格地图 |
| L03 | 我在哪：定位与方向 没有 GPS，机器人怎么知道自己在哪？ | 编码器里程计；陀螺仪方向；路标/二维码校正 | 让小车走 2m 直线和 90° 转弯，记录里程计误差；用地面标记做一次位置校正。 | 定位误差记录 |
| L04 | 从 A 到 B：路径规划 怎样找一条又短又安全的路？ | 广度优先与 A*；启发式估价；路径平滑 | 在栅格地图上手工比较 BFS 与 A* 的扩展格子数，再用仿真验证最短路径。 | 路径对比图 |
| L05 | 沿着路走：路点跟踪 有路线，为什么还会走歪？ | 路点与朝向；差速转向；到达半径 | 实现“对准下一个路点—直行—到达后切换”的跟踪程序，记录 5 次运行的横向误差。 | 路点跟踪程序 |
| L06 | 前面有人：动态避障 路线被挡住时怎么办？ | 静态障碍与动态障碍；局部避让；重新规划 | 在必经之路放一个“行人”，实现“停—等—绕—回到原路线”的策略，测试 10 次。 | 避障策略表 |
| L07 | 到站提醒：任务完成 怎样算“真的到了”？ | 到站判定：距离+方向+标记；语音/灯光提示；任务回执 | 为 3 个目的地设计不同的到站确认方式，加入语音播报和屏幕提示，测试误报率。 | 到站确认方案 |
| L08 | 没电了：自己回家 带路带到一半没电怎么办？ | 电量阈值与返程电量；红外信标找充电座；对接与重试 | 测量返程耗电，设定回充阈值；用红外信标完成“扫描—对准—靠近—对接”，连续测试 20 次。 | 自动回充程序 + 成功率 |
| L09 | 带路挑战赛 陌生路线还能带对吗？ | 地图泛化；现场调试；时间与安全 | 在未公开的校园地图上抽签带路，记录耗时、碰撞、走错次数；允许现场改一个参数。 | 挑战赛成绩单 |
| L10 | 可靠向导复盘 为什么“能到”不等于“敢用”？ | 可靠性指标；失败模式；用户视角 | 用鱼骨图分析走错/碰撞/没电三类失败，提出三条改进，完成项目复盘。 | 鱼骨图 + 复盘 |
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。