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信息技术与智能机器人北京东城区教育信息网络中心卢燕林“机器人走进现代生活”“机器人”是二十世纪人类的伟大发明之一一、“机器人”简介1.机器人一词的由来1920年捷克斯洛伐克剧作家卡雷尔·查培克（Karal·Capak，1890-1938）创作了寓言剧剧本《罗莎姆万能机器人公司》。书中有这样的情节：“未来的某时，某岛屿上的罗莎姆公司大量地制造出了外貌像人的‘人造人’——Robota。从秘书到劳役，它们都能与人共事，为人服务。”在这里，“人造人”第一次有了自己的名字：“Robota”。援引这个捷克语的读音，英、法、意文均写作：“Robot”，我国将它意译为“机器人”。2.机器人的外形现在的机器人可谓千姿百态，有的“有手无头”，有的“三头六臂”，与人类细腻的皮肤、精致的五官相比，简直就是其貌不扬。人们总是认为，或总是希望，机器人要有与人类相似的外貌现在无法断定人类的这一理想能否实现，但从机器人的产生和功能来看，无论它们的样子如何，它们都是为了工作需要诞生的，都是忠实、勤奋的劳动者。。当然，并不是各种各样的机械都是机器人真正意义的机器人应该是一个具有一定智能的计算机控制系统，它是人制造的一种高级工具，是按照人类的某种方式进行工作的一种机器。它的外形可以其貌不扬，但关键是它必须适应工作。。依照人的形体结构制造的机器人。3.机器人的定义对于机器人的准确定义，至今仍然在被广泛争论着。目前，联合国标准化组织采纳了美国机器人协会给机器人所下的定义：“一种可编程和多功能的，用来搬运材料、零件、工具的操作机；或是为了执行不同的任务而具有可改变和可编程动作的专门系统。”机器人具备的各种能力，也有一整套的评价标准：智能，是指感觉和感知，包括记忆、运算、比较、鉴别、判断、决策、学习和逻辑推理等；机能，是指变通性、通用性或空间占有性；物理能，是指机器人本身的力、速度、连续运行能力以及可靠性、联用性、寿命等等。机器人是人类的朋友21世纪，在人的控制下，在改造自然、发展生产的事业和家庭生活中，将会出现更多更好的机器人。会有灭火的机器人，它身行敏捷，不仅在熊熊烈火之中来去自如，而且不管哪里冒烟、起火，它都能及时发现，赶到现场，将火灾隐患消灭。会有检修汽车的机器人，只要把车摆上检修台，它用眼一扫，耳朵一听，立即就会查出毛病的部位和原因，进行修理，只需几分钟。会有守边防机器人，24小时连续值勤，万无一失。不管白天、黑夜、风雨、冰雪天气，一有敌情，它就能马上采取措施，封锁边境线。同时通知空中、地面报警系统，监视敌人行动，使任何人也不能越境一步。还会有海洋开发机器人，它们能潜入海中勘察、取样、化验，很快制定出开发方案，有条不紊地下海作业，把海底的宝藏献给人类。未来的机器人机器人探秘埃及金字塔考古学者为实施金字塔探险项目，美国方面为此出资特别研制了一台微型铁臂机器人，并正式命名为：“金字塔漫游者”。“金字塔漫游者”的前身是“９·１１”事件后在纽约世贸废墟搜寻幸存者过程中大显神通的“蛇形机器人”。经过改良后，“金字塔漫游者”体态更为轻盈，行动和操作非常灵活。它的总重量只有２．７千克，长宽大约各为１２厘米，高度可自动调节，最高高度在３０厘米左右。每分钟行走９１４厘米10月28日上午，一个全身银色、有着漂亮大眼睛的智能机器人出现在王府井东方广场的索尼探梦馆里，它操着不太流利的汉语扭着身子向观众问好，引起了一阵照相机闪光灯的骚动。这个名叫SDR-4X的机器人是索尼公司开发的目前世界上最先进的智能机器人，是索尼为了“索尼科技周”而特地从东京派来的。它属于高智能的娱乐机器人，装置着各种感应系统，感情丰富，能跟人类进行各种交流，同时可以通过记忆和学习不断成长。此外它的特殊天赋能够完成各种高难度动作，真可谓是能歌善舞。据工作人员介绍，它的主要功能是用来与人类做伴，而目前则主要被用于科研。世界上最先进的智能机器人亮相京城未来的机器人大家族1.机器人会越来越小在21世纪，将会有可以进入人体血液循环系统的功能齐全的医用微型机器人，能进入工业上的小管道甚或裂缝，进行检测与维护的工业用微型机器人，以及各种微型传感器、微型机电产品，如掌上电视等。在军事上，将有小如蝴蝶的飞行器，用于侦察敌情；装有自动驾驶系统，能在海底航行数年的微型潜艇……微型车旁边的东西是什么吗？那是我们常见的几粒大米2.机器人会越来越聪明现在的智能机器人，它的智力最高也只相当于两三岁幼儿的智力水平。在21世纪，高智能的机器人将越来越多，其智力水平也一定会不断提高，慢慢地达到七、八岁、十几岁少年甚至青年人的智力水平。20世纪90年代后期，为促进智能机器人的发展，日本、韩国等国家相继发起举行机器人足球世界杯赛，并成立了相应的协会。机器人足球赛涉及机器人的动作协调、系统控制等前沿的课题。可以说，每一场机器人足球赛实际上都是世界各国机器人发展水平的一场较量。智能机器人活动和比赛（1）智能机器人活动和比赛（2）智能机器人活动和比赛（3）智能机器人活动和比赛（4）智能机器人活动和比赛（5）智能机器人活动和比赛（6）智能机器人活动和比赛（7）通用ROBOT-Ⅱ型教学用机器人一通用ROBOT-Ⅱ型教学用机器人结构的组成1．通用ROBOT-Ⅱ型教学用机器人简介通用ROBOT-Ⅱ型教学用机器人(如图所示）是针对计算机基本语言教学和计算机科普活动而设计开发的,机器人的主板可以安装在履带，双轮或四轮驱动的运动模型上，有很强的移动能力；有输入输出端口，可外接多种模块，进行行走，躲避障碍物,奏乐等功能。还可以根据不同的要求，增加新的模块，具有开放性和扩展功能，能培养学生的动手动脑能力。通用ROBOT-Ⅱ型教学用机器人2．通用ROBOT-Ⅱ型教学用机器人的组成通用ROBOT-Ⅱ型教学用机器人通用ROBOT-Ⅱ型教学用机器人通用ROBOT-Ⅱ型教学用机器人通用ROBOT-Ⅱ型教学用机器人3．通用ROBOT-Ⅱ型教学用机器人由以下几部分组成。⑴通用ROBOT-Ⅱ型教学用机器人主板通用ROBOT-Ⅱ型教学用机器人主板是通用ROBOT-Ⅱ型教学用机器人的主要部件，与计算机的主板类似。我们通过计算机发出的指令传送给CPU，驱动输入输出端口，完成不同的功能，如车辆运动、发音、躲避障碍物等等。通用ROBOT-Ⅱ型教学用机器人主板机器人主板通用ROBOT-Ⅱ型教学用机器人⑵通用ROBOT-Ⅱ型教学用机器人的传动部件通用ROBOT-Ⅱ型教学用机器人的驱动部分可以采用履带、双轮或四轮驱动，如图所示。你也可以将家中闲置的遥控车改装，作为机器人的传动部件，创作属于你个人的机器人。通用ROBOT-Ⅱ型教学用机器人的传动部件通用ROBOT-Ⅱ型教学用机器人⑶通用ROBOT-Ⅱ型教学用机器人的动力能源为了节省资源通用ROBOT-Ⅱ型教学用机器人采用的是可充电电池，机器人所需要的一切电能均是由它提供的，其充电方式和性能指标如图所示。通用ROBOT-Ⅱ型教学用机器人(4)通用ROBOT-Ⅱ型教学用机器人的特殊端口细心的你可能发现了机身上点缀的一个个小银环，它们是干什么用的呢？请看下图通用ROBOT-Ⅱ型教学用机器人⑸模块部分通用ROBOT-Ⅱ型教学用机器人基本模块部件有：运动控制模块、避障模块、奏乐模块、光电模块等避障模块光电模块通用ROBOT-Ⅱ型教学用机器人通用ROBOT-Ⅱ型教学用机器人的其它部件有：喇叭、数据连接线、电源。数据连接线通用ROBOT-Ⅱ型教学用机器人机器人侧面避障模块机器人前方避障模块通用ROBOT-Ⅱ型教学用机器人二、通用ROBOT-II型教学用机器人的组装组装通用ROBOT-Ⅱ型教学用机器人的操作步骤如下：1．将通用ROBOT-Ⅱ型教学用机器人主板用螺丝固定在运动模型的内部，把喇叭固定在运动模型上，并把电机线和喇叭线从主板两侧引出，并连接好。2.组装过程中，你可能发现，通用ROBOT-Ⅱ型教学用机器人上预留几个接口（如图1所示），这些接口有什么用途呢？这些接口作为输入输出端口，可以外接一些模块，通用ROBOT-Ⅱ型教学用机器人通用ROBOT-II型教学用机器人主板接口示意图备注：■为电源（+）▲为I/O（数据口）●为电源地（-）通用ROBOT-Ⅱ型教学用机器人三、通用ROBOT-Ⅱ型教学用机器人的运行环境1．硬件环境通用ROBOT-II型教学用机器人是通过PC机进行程序设计，然后下装到机器人主板上，由主板CPU自主运行程序，即机器人可以脱离计算机独立工作。你需要有一台386以上的计算机，并将随机的电缆线25芯插头插到计算机的打印机接口。2．软件环境通用ROBOT-Ⅱ型教学用机器人可运行在装有MSDOS操作系统的各类型计算机上，如果你的计算机没有DOS操作系统，你可以使用随机的软盘启动，然后将随机软盘上的“TYBASIC.EXE”文件拷贝到计算机硬盘的适当目录，然后在硬盘运行程序。通用ROBOT-Ⅱ型教学用机器人四、通用ROBOT-Ⅱ型教学用机器人的功能模块1．通用ROBOT-Ⅱ型教学用机器人所实现的功能主要有：“运动控制模块”、“自动避障模块”、“发音模块”，“光电控制模块，“灭火模块”，另外，还附加一些参数设置。2．每个功能模块的功能介绍：通用ROBOT-Ⅱ型教学用机器人运动控制模块：在此功能模块中。可以通过程序直接向通用ROBOT-Ⅱ型教学用机器人发出“运动命令”既前进，后退，左转，右转，停止几个简单的命令。本模块直接嵌入主板上，即主板的初始功能。自动避障模块：当避障开始时，通用ROBOT-Ⅱ型教学用机器人可通过“红外发射与接收器”来判断前方、左面、右面是否有障碍物。你可以通过编写程序，对障碍物的不同位置来做出不同反映。譬如在通用ROBOT-Ⅱ型教学用机器人左前方有一障碍物。当障碍物达到通用ROBOT-Ⅱ型教学用机器人的“判断范围”时。通用ROBOT-Ⅱ型教学用机器人便自动做出反映，向右转并避开障碍物光电模块：光电模块采用了窗口比较技术和辅助光源技术，对环境光的变化有较好的抑制作用。其工作原理是：当两个光敏电阻接受的光强接近时，两个输出端均呈现高电平。当其光强差超过一定数值时，较亮的一侧将输出低电平。通过高低电平的判断，利用程序可以让机器人做出相应的反应。发音模块从功能上来讲,主要为发音。本模块已经编制好了0-127共128个地址来存储从低音到高音的多个音阶【说明】⑴本模块已集成在主板的PIN8端口。⑵pin=0-15（本机器人定义为8）。⑶val=0-127（0为休止符，1-127分别发出127种频率的声音）。⑷低音1-7近似值：83，87，91，94，97，101，105⑸中音1-7近似值：106，108，109，111，113，115，116⑹高音1-7近似值：117，118，119，120，121，122，123⑺timer:时间值：1约为1.3毫秒发音模块已经固化在主板上。灭火模块灭火模块是模拟日常生活中机器人进行救火而研制开发的，它通过红外光电三极管接收火源信号，通过程序来驱动风扇进行灭火，此模块对锻炼逻辑思维能力有很大帮助。你可以让机器人完全按照你的思路进行灭火救援行动，当然在实际过程中，你必须考虑各种有可能发生的情况。（下图是灭火模块，在模块中带有避障模块）灭火模块通用ROBOT-Ⅱ型教学用机器人五．通用ROBOT-Ⅱ型教学用机器人的I/O口设置控制板一共有16个I/O口，打开不同的I/O口，机器人会有不同的反应，而I/O口的定义如下：输出：pin0=1——电机1正转pin1=1——电机1反转pin2=1——电机2正转pin3=1——电机2反转pin4——脉冲调制输出，用于调速pin8——声音输出pin9-11——备用输出输入：pin5=0——前避障头有信号pin6=0——左避障头有信号pin7=0——右避障头有信号pin12—15——备用输入