机器人制作与程序设计

第一章 走进机器人世界

各位小主人们，是不是还沉浸在电影《机器人历险记》中惊险情节之中？

你见过机器人吗？你想像中的机器人是什么样子？是不是觉得机器人离我们非常遥远？其实在现实生活中，机器人无处不在，并且在我们的生活中起着非常重要的作用。先让我们看看现实生活中的机器人。

红绿灯 图1——2

我们经常过马路，过马路时就要注意红绿灯，

如图1——2所示，红绿灯不停地变换，准确地指

导人们有序地从各个方向通过，我们就把红绿灯看做“交通指导官”，它就是我们生活中的机器人。

人类的很多梦想，如上天、入

地、千里眼、顺风耳等，现今都已

成为现实。机器人也是人类千百年

来追求的梦想，现代科技同样使这

个梦想变成了现实。

机器人正在向我们走来，它将

成为我们人类社会的重要组成部

分。

原中国工程院院长宋健院士

指出：“机器人学的进步和应用是

20世纪自动控制最有说明力的成

就，是当代最高意义的自动化。”

《机器人历险记》海报

图1——1

小主人们，从今天开始，你们也将有了自己的机器人，从此，你将与它们为伴，快乐成长，它们长得什么样子呢？先睹为快！

随着科学技术的不断进步，机器人越来越多地应用于工业、农业、国防、科研、教育和我们的日常生活等领域，在人类的生产与生活中发挥着重要作用。

另外，现在还研制出了类人机器人，具有人的外形和动作，如日本研制的跳舞机器人，如图1——3所示。 但是，也有一些机器人并不一定有人的形状，如2003年12月美国航空航天局

发射的“勇气”号火星探测机器人，如图1——4所示，就完全不是人的形状。

跳舞机器人 图1——3 火星探测机器人

图1——4

足球机器人 图1——5 乡村旅游机器人

图1——6

机器人的产生和发展是人类社会，特别是工业社会发展客观要求，也是科学技术发展的必然结果。

机器人技术是一门综合性学科，它综合了多种基础学科、技术学科及新兴科技领域的多方面知识，突出地体现了当代科学技术发展的高度分化而又高度综合这一特点。

几千年来，人类一直在梦想能创造出自己的复制品，即一种像人一样的机器，以便代替人完成各种工作。然而，机器人一词的出现和世界上第一台工业机器人的问世都是近几十年的事情。

现代机器人的研究始于20世纪中期，其技术背景是计算机、自动化和机械加工技术的发展及应用。

社会的需求是机器人产生的原动力。机器人是现代工业社会的产物。现代社会的分工越来越细，在各个领域中，人们越来越强烈地需要某种能够代替自己从事简单劳动的机器。

制造大批量产品的迫切需求，推动了自动化技术的发展进程。具有运算和记忆功能的控制器——计算机的问世、先进的机械零件加工工具——机床的产生、控制电机和驱动装置技术的成熟，为机器人的诞生奠定了技术基础。

20世纪50年代，美国

科学家英格伯格研制出世

界上第一台工业机器人的试验样机。机器人产品问世于20世纪60年代，美国Unimation 公司研制成世界上第一台实用机器人，并在美国通用汽车公司投入使用，标志着第一代机器人的诞生。

世界上第一台工业机器人

图1——7

“

robot ”一词源出自捷克语“robota

”，意谓“强迫劳动”。 1920年捷克斯洛伐克作家萨佩克写了一个名为《洛桑万能机器人公司》的剧本,他把在洛桑万能机器人公司生产劳动的那些家伙取名“Robot ”,汉语音译为“罗伯特”，捷克语意为“奴隶”——萨佩克把机器人的地位确定为只管埋头干活、任由人类压榨的奴隶，它们存在的价值只是服务于人类。它们沒有思维能力,不能思考,只是类似人的机器,很能干, 以便使人摆脱劳作。它们能生存20年,刚生产出来时由人教它们知识。他们不能思考，也没有感情，一个人能干三个人的活，公司为此生意兴隆。

我国将“Robot ”译为“机器人”，“机器人”的名字也正式由此而生。

机器人已经被广泛应用，而且越来越受到人们的重视。然而，机器人还没有一个统一、严格、准确的定义。随着机器人技术的发展，机器人的概念不断更新。不同的国家、不同的学者在不同的时期给出的定义不尽相同。

被称为“工为机器人之父”的美国科学家英格伯格认为：“机器人只是以人类的某种方式工作的一种机器，它们的外貌完全可以不像人，而关键是必须适应工作”。

中国的科学家们把机器人定义为：“机器人是一种自动化的机器，而且其具备一些与人或生物相似的智能能力，如

感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器。”

机器人“Tron -x” 图1——8

机器人“罗本艾特”

图1——9

第二章 认识机器人的组成

机器人将是我们人类最亲密的朋友，那么它的组成是怎样的呢？本章将以“四能教育机

器人”拼装式套件为例，说明机器人的组成原理。

拼装式机器人是一个开放的平台，机器人的外形是用各种拼装材料组装而成，功能与外形都由我们自己的创意和设计而决定，拼装材料可以是套件中提供的，也可以是身边随手可得的各种材料，通过学习和使用机器人，可以全面培养大

家的“创新设计能力、逻辑思维能力、动手实践能力、主动探究能力”。

机器人除各种硬件外，小主人们还可以通过“四能科技编程软件”赋

予机器人思想与灵魂，从而让机器人具备各种不同的功能，更好的帮助人

类完成各种工作。

四能教育机器人外包装

图2——1

四能教育机器人装箱图

1、拼装式机器人的硬件组成

“拼装式机器人硬件”简称“机器人硬件”。是指机器人系统中所有实体部件和设备的统称。从基本结构上来讲，机器人硬件可以分为四大部分：控制器、传感器、驱动器、能量提供。

①、控制器：

机器人控制器相当于人类的大脑，机器人要实现各种功能都是靠它来指挥。“大脑”的初期是完全空白的，像初生的婴儿一样，需要我们用学到的编程知识教它。这样机器人才能对外界的复杂环境进行观察和思考，然后指挥各种器官做出相应的反应，完成各种动作！

第一类数字端口，以“Dx ”表示。它提供稳定的5V 电源，可以接插任何检测模块（只

返回0、

1值的）和输出模块等等，不建议接插大功率模块；

第二类模拟端口，以“

Ax ”表示。它提供稳定的5V 电源，可以接插任何传感器（返回0～1023的测量值）模块和输出模块等等。它最主要的用途是接插模拟传感器；

第三类马达端口，以“Mx ”表示。专用于大功率驱动模块控制接口；

四能教育机器人控制器

图2——3