第4周：执行器与运动控制

教案

教学目标

• 理解执行器（电机与伺服机）的工作原理
• 掌握LeRobot中控制机器人运动的API
• 能够编写程序实现机器人基本运动

教学时间

总时长：2小时

• 理论讲解：40分钟
• 实践操作：70分钟
• 总结与答疑：10分钟

教学内容

1. 理论部分（40分钟）
   • 执行器简介（15分钟）
   • 电机与伺服机原理（15分钟）
   • LeRobot运动控制API（10分钟）
2. 实践部分（70分钟）
   • 任务1：前进与停止（30分钟）
   • 任务2：转向控制（20分钟）
   • 任务3：组合运动（20分钟）
3. 总结与答疑（10分钟）

教学方法

PPT展示+实物演示+分组操作

评估方式

• 检查任务1和任务2的运动是否正确执行
• 观察任务3中机器人是否完成组合路径
• 提问：PWM信号如何控制伺服机？

所需材料

• 电脑（每组1台）
• 机器人硬件（配备电机或伺服机）
• PPT课件
• Python与LeRobot环境

教材内容

第4章：执行器与运动控制

4.1 什么是执行器？

执行器是机器人执行动作的部件，负责将电信号转化为物理运动。

4.2 电机原理

• 直流电机：通过电流驱动旋转，速度由电压控制
• 步进电机：分步旋转，适合精确位置控制

示例：小车轮子由直流电机驱动。

4.3 伺服机原理

伺服机通过PWM（脉宽调制）信号控制角度，如1ms=0°，2ms=180°。

示例：机械臂关节用伺服机调整位置。

4.4 LeRobot运动控制

常用API：

• robot.move_forward(time)：前进指定时间
• robot.turn_left(degrees)：左转指定角度
• robot.stop()：停止运动

import lerobot
robot = lerobot.connect("robot")
robot.move_forward(1)
robot.stop()

4.5 实践任务

任务1：前进与停止

import lerobot
robot = lerobot.connect("robot")
robot.move_forward(1)
robot.stop()

任务2：转向控制

import lerobot
import time
robot = lerobot.connect("robot")
robot.turn_left(90)
time.sleep(1)
robot.turn_right(90)

任务3：组合运动

import lerobot
robot = lerobot.connect("robot")
robot.move_forward(2)
robot.turn_left(90)
robot.stop()

4.6 小结

执行器（如电机、伺服机）是机器人运动的核心，LeRobot提供简单API实现控制。

课后练习

1. 修改任务1代码，让机器人前进3秒。
2. 编写程序让机器人画一个正方形（前进+转弯4次）。

课件PPT内容

幻灯片1：封面

• 标题：执行器与运动控制
• 副标题：第4周课程
• 图片：电机+机器人移动插图

幻灯片2：学习目标

• 理解执行器工作原理
• 掌握LeRobot运动控制API
• 实现机器人基本运动

幻灯片3-7：理论讲解

• 什么是执行器？：信号转动作+图片
• 电机原理：直流+步进+动画
• 伺服机原理：PWM波形图
• LeRobot控制：API功能示意图
• 应用示例：机器人运动视频（30秒）

幻灯片8-10：实践任务

• 任务1：前进1秒+轨迹图
• 任务2：转向90度+动画
• 任务3：组合路径+示意图

幻灯片11：总结

• 执行器：电机驱动，伺服机定位
• LeRobot控制运动简单高效
• 下一节预告：条件与循环逻辑

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