案例05 勇闯天桥
简介
在本课程中，我们将引领学生深入探索双足机器人的动态平衡机制，并掌握六轴惯性测量单元（IMU）传感器的原理。学生们将通过编程实践，学习如何控制 XGO Rider 动态平衡模式的打开与关闭，从而提升其操作的灵活性与稳定性。
教学目标
- 了解六轴惯性测量单元（IMU）传感器的原理。
- 学习 XGO Rider 动态平衡模式打开和关闭的编程指令。
教学准备
在开始教学之前，请确保您已经准备好以下必要的材料：
 | micro:bit V2 |
|---|---|
 | XGO-Rider 整机 |
 | USB 数据线 |
 | 个人电脑（PC） |
这些材料将为您提供一个完整的体验，确保您可以顺利地进行后续的操作和学习。如果您已准备好以上内容，我们可以继续进入下一步。
XGO Rider 开机后，为保持机身平衡，需要小幅度来回移动，请不要将 XGO Rider 放在桌子边缘或者危险的地方，避免损坏。
教学过程
课程引入
随着技术发展，双足机器人的动态平衡控制变得越来越重要。在这节课，你将了解六轴 IMU 传感器如何监测机器人姿态，并编程控制平衡模式。这将加深你对机器人运动学的理解，并提高你的操作技能。通过实践，你将确保 XGO Rider 在不同环境中稳定运行，无论是平地还是复杂地形。
探究活动
- 双足机器人如何维持其平衡？
- 如何通过编程来启动或停止 XGO Rider 的动态平衡功能？
- 有没有更高效的方法来确保双足机器人的平衡？
开始编程
添加 XGO Rider 软件库
1. 进入“makecode.microbit.org”，点击新建项目。
2. 在弹出窗口输入项目名称并点击创建。
3. 点击代码抽屉中的扩展，在弹出界面的搜索框中输入 XGO Rider 并点击搜索图标，在显示 XGO Rider 软件库后点击。
示例程序
参考程序链接：https://makecode.microbit.org/_UiLekADsvUMf
因为 XGO Rider 的表演模式中有前进和后退，请将 XGO Rider 放置在宽敞的平地上运行。
下载程序
1. 使用 USB 线连接 PC 和 micro:bit V2。
2. 连接成功后，电脑上会识别出一个名为 MICROBIT 的盘符。
3. 点击左下角的
，选择Connect Device。
4. 点击
。
5. 点击
。
6. 在弹出窗口选择 BBC micro:bit CMSIS-DAP，然后选择连接，至此，我们的 micro:bit 就已经连接成功。
7. 点击下载程序。
团队合作与展示
- 学生分成小组，共同完成 XGO Rider 动态平衡模式打开和关闭两种模式切换的程序编写。
- 鼓励学生之间相互合作、交流和分享经验。
- 每个小组有机会向其他小组展示他们编程完成的 XGO Rider，并演示。
预期效果：
总结与反思
回顾课程内容，提醒学生掌握了哪些知识和技能？
引导学生讨论他们在制作过程中遇到的问题和困难，以及如何解决这些问题。
引导学生思考并共同讨论如何更有效的确保双足机器人的平衡。
扩展知识
IMU，即惯性测量单元（Inertial Measurement Unit），是一种用于测量和报告一个物体的特定力、角速度以及在某些情况下，磁场周围物体的方向的设备。IMU 通常由以下几个主要部分组成：
- 加速度计：测量沿一个或多个轴的线性加速度。
- 陀螺仪：测量围绕一个或多个轴的角速度。
- 磁力计：测量地球磁场的方向，用于确定物体的绝对或相对方向。
IMU 传感器在多种应用中都非常有用，包括但不限于：
- 航空航天：用于飞行器的导航系统，帮助确定飞行器的精确位置、速度和方向。
- 机器人技术：帮助机器人理解其在空间中的位置和运动状态，对于行走机器人来说尤其重要，因为它们需要保持平衡和导航。
- 汽车工业：在车辆的动态稳定控制系统中使用，如防抱死制动系统（ABS）和电子稳定程序（ESP）。
- 智能手机和可穿戴设备：用于运动检测、方向感知和用户界面的交互。
- 虚拟现实（VR）和增强现实（AR）：用于头部跟踪，提供更自然和沉浸式的用户体验。
IMU 传感器可以提供实时数据，这对于需要快速响应的系统来说是至关重要的。然而，IMU 传感器的数据通常需要通过复杂的算法进行融合和校正，以提高测量的准确性和可靠性。