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接口上方，可以清晰地看到有G ，V ，S ，S 四个字母。

其中G 指的是地线（黑线）；V 指的是电源（红线）；S ，S 是信号线（黄、蓝线）。

字母正下方的插针，应当连接相应颜色的接线。

最简单一个分辨方法就是：接插时，黑色线放两边。

众所周知，人是用眼睛去观察这美丽的世界，用耳朵去聆听这世界美妙的音乐，用心去感受这世界的一切。

机器人也能做到与外界环境沟通，现在我们来介绍一下机器人的感觉器官——机器人的传感器音量检测传感器是能够测量音量强弱的电子部件。

根据音量的强弱，机器人可以实现自动启动或停止；通过识别有一定梯度的音量，机器人调节自己的转动方向，等等。

宽灰度用于寻迹类型的项目，能够检测黑（白）线，使用简单，操作方便。

模块7个通道具有单独接口连接，具有单独参考值设置功能，增强黑（白）线区分能力，提高检测准确性，可以读回每一路当前的检测值。

每一路传感器布局合理，物理上扩展黑（白）线宽度，提高适用性和稳定性，可以应用于各类型的寻迹项目之中。

音量检测传感器图2——4说明：1）1—7接口对应从左到右7个通道；2）三排可调节安装孔；1）该模块使用电压为5V ，每通道电流约为150mA ；2）具有自由选择连接通道（例三通道循迹（1,4,7））；3）具备手动设定参考值功能，可以读取每路传感器的模拟数值；4）模块最佳高度为板顶离地面15mm,最高不要高于30mm ，可以适当倾斜。

驱动器是机器人的运动器官，从而使机器人能够模仿人类或动物的某些动作，完成各项指定任务。

345安装孔宽灰度传感器 图2——5宽灰度接线图图2——6机器人要工作，为它提供必要的能量是必不可少的，现代机器人的主要能量来自于电池。

“四能教育机器人”为大家提供了7.4V 的锂电池，为机器人提供稳定的能量。

2、拼装式机器人的编程软件“四能科技编程软件”是用于赋予机器人思想的优秀工具，它是图形化的编程方式，比传统的文本编程更加高级。

它的易学、易用、易读、易懂，都非常适合于编程思维的培养。

本编程软件采用基于工程C 的图形化、模块化编程语言，全部功能模块使用图标表示，遵循自顶向下的编程逻辑思维过程。

小主人们只需简单地拖放各个模块图标到流程线上并设置相应参数，系统便可自动将其转化为机器人能够识别的机器语言。

机器人专用马达 图2——7 机器人轮胎 图2——8“四能科技教育机器人”所使用的电池提供双接头，一个为控制器供电，另一个为驱动器供电，充电时使用其中任意一个接头都可实现。

为机器人提供能量的电池图2——9机器人制作与程序设计第三章：Hello，我是你的小主人第三章Hello，我是你的小主人!你是机器人的小主人，你必须学会与机器人进行交流，液晶显示模块是机器人心灵的窗口，通过它，你可以让机器人显示出你想要看到的内容，不信，我们今天便可以试一试。

1、启动四能科技编程软件“四能科技”编程软件是专为小主人们设计的一款与机器人进行交流的工具，你有什么想法，都可以通过编写程序下载到机器人的大脑中（机器人控制器），机器人便可以按着你的命令执行各种动作了！是不是很神奇？作为小主人，一定要有征服机器人的信心哟！点击开始菜单中的“四能科技”图标即可启动软件图3——1“四能科技”编程软件启动后的界面如下：工作区这儿还是一片空白区，正等待小主人们往中间添加内容呢！什么？到底如何添加？别急呀，看了下边的步骤你就会了！图3——22、新建机器人程序新建机器人程序，点击菜单栏“文件/新建”命令或工具栏中“新建”按钮，都可以弹出“新建窗口”对话框，按照如图所示进行设置并点击“确定“按钮即可。

你看，现在的界面是不是比刚才丰富多了！又有哪些新知识需要我们掌握呢？请认真观3、 模块的操作在编程软件左边的工具箱中给小主人们提供了各种编程所需要的编程模块，今天我们就需要使用其中的一些模块来编写程序。

图3——4要想点亮液晶模块，首先在工具箱中找到“显示模块/液晶背光”图标，按照下图中的4、 保存与编译程序点击“保存”命令，你的第一个最简单的机器人程序便写好了，但是，机器人不认识这个图标程序的，我们用工具栏中的“编译”命令将这个程序转换为机器人能认识的代码。

如果你的程序有错，编译程序会毫不客气的给你指出来哟，不过没关系，有错我们改正过来就可以了！改正后再让编译程序帮助我们编译一次，直到没有任何错误。

图3——65、 下载机器人程序接下来，我们便可以通过“下载”命令将我们的劳动成果输入到机器人的大脑中了。

机器人中有了程序，就相当于人有了思想和灵魂，立刻按下机器人的“启动”按钮，哇，机器人的眼睛是不是乖乖的睁开了？按照下载窗口的提示将USB 线的一端接到计算机上，另一端接在机器人接口上，当系统检测到机器人设备时便可自动下载。