中学校本课程教材《机器人》

第一节 认识机器人

教学目标：

1、使学生了解机器人的概念

2、让学生知道机器人的基本功能及机器人构成的基本条件 教学内容：

各国科学家对机器人的定义都有所不同，而且随着时代的变化，机器人的定义也在不断发生变化。

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、协同能力等，是一种具有高度灵活性的自动化机器。” 机器人的基本的机能

机器人作为一种具备一定智能的自动化机器，有如下3个基本的机能：

1.对外界产生作用: 人们可以用手拿东西和用脚踢球，我们可称之为动作器官。

2.获取外界信息: 动物可以用耳朵听见声音，蜗牛的触须碰到硬物就会收缩， 我们可称之为感应器官。

3.规划作业: 从家里到学校通常都有几条路可以到达，同学们却通过大脑及其思维能力找到最近的一条路，我们可称之为思维器官及其思想。 机器人构成的基本条件

人类是地球上最高级、最聪明的动物，基本条件是因为人类在漫长的进化过程中不但拥有了复杂的、完美的身体结构，而且还拥有了发达的大脑。那么机器人要发展成为优秀的、高级的机器人也应该具备相应的条件。 （1）条件一 —— 机械部件

正如人类的身体需由骨架和肌肉牵引才能完成一定的动作一样，机器人的身体和动作表现也是由特定的机械结构组成的。在制作机器人的时候，我们不仅可以使用课堂上提供的拼装套件，还可以选取身边随手可得的各种材料作为机器人的加工原料。例如：木板、金属板、塑料板、有机玻璃板，还有像螺丝、螺帽那样的各种各样的五金紧固件。 只要我们在日常生活中留心观察身边

的各种机械设备的动作，例如缝纫机、变速自行车、起重机、挖土机等等，相信一定能受到良好的启发，从而设计出能满足我们自己功能需求的机械结构。 （2）条件二——感应和动作电子部件

一个真正拥有智能的机器人通常都需要具备一定的感知能力，具有感知能力的电子器件我们通常又称之为传感器，顾名思义，这类器件具备了“传”递“感”应信息到机器人的大脑的功能。 和人的感觉器官——眼、耳、舌、鼻、皮肤

分别对光线、声音、味道、气味、触碰、气温起感应作用一样，构成机器人的电子传感器也是按功能分类的，例如光源传感器、声音传感器、气体（煤气、烟雾）传感器、压力传感器、温度传感器等等；它们的灵敏度和感应范围甚至超越了人的感知界限，例如电子指南针、红外线传感器等。

智能机器甲虫的触须是一种感应器官 六自由度机械手的手臂是一种动作器官

#include "DelayNs\DelayNs.c" #include

"SetLedState\SetLedState.c"

int main(void) {

while(1) {

SetLedState(_LED_test_,1); DelayNs(2);

SetLedState(_LED_test_,0); DelayNs(2); }

return 1;

因此，在我们设计机器人的时候，应该根据设计的要求，选用合适的电子传感器件。

（3）条件三——机器人的大脑

机器人的大脑可称之为RCU(robot control unit),RCU 就好象一台微型的家用电脑，它可以执行程序指令，并向具体动作器官发出相应的动作信息。

机器人的大脑

（4）条件四——机器人的思想

智能机器人尽管具备了以上的感应、动作和大脑器官，但它们只是让智能机器人有了个躯壳，机器人的大脑（RCU ）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，按照我们的意图编写出特定的程序，灌输给它后才能变成真正具备智能的大脑。

机器人对知识的掌握是非常快速的，而当它跟人类一样能够对外界的复杂环境进行观察、思考，然后做出反应的时候，我们的机器人就拥有真正的智能了。

因此，必须学习编写机器人程序的方法，才能让我们的机器人不但拥有漂亮的躯壳，还能拥有真正的灵魂。

思考：

1、机器人具有那些基本的机能？

2、机器人构成的基本条件是什么？

第二节 机器人的种类及其发展

教学目标：

1、让学生对机器人的种类有一定的认识

感应器官

2、使学生了解机器人的发展史及其未来发展方向

教学内容：

机器人的种类

机器人的种类很多，分类的方法也非常多，如果按机器人的

用途分，可以把它们分为工业机器人和特种机器人。

工业机器人有搬运上料机器人、喷漆机器人、焊接与切割

机器人、装配机器人、最后工序机器人等。特种机器人有军用

或警用机器人、空间机器人、水下机器人、医用机器人、农业

机器人、建筑机器人、服务机器人和娱乐机器人等。

现在许多国家对学校开展早期的机器人学习非常重视，随

之相应的教育机器人也出现了。积木式机器人以其自由拼装，

创意无限的特点而深受同学们欢迎。

机器人已成为人类的朋友。目前世界上已有数百万台机器人工作在各自的岗位上，发挥着巨大的作用。

机器人的发展史

机器人的历史并不算长,1959年美国英格伯格和德沃尔制造出世界上第一台工业机器人,机器人的历史才真正开始. 英格伯格在大学攻读伺服理论,这是一种研究运动机构如何才能更好地跟踪控制信号的理论.德沃尔曾于1946年发明了一种系统,可以"重演"所记录的机器的运动.1954年,德沃尔又获得可编程机械手专利,这种机械手臂按程序进行工作,可以根据不同的工作需要编制不同的程序,因此具有通用性和灵活性,英格伯格和德沃尔都在研究机器人,认为汽车工业最适于用机器人干活,因为是用重型机器进行工作,生产过程较为固定.1959年,英格伯格和德沃尔联手制造出第一台工业机器人.

这种机器人外形有点像坦克炮塔,基座上有一个大机械臂,大臂可绕轴在基座上转动,大臂上又伸出一个小机械臂,它相对大臂可以伸出或缩回.小臂顶有一个腕子,可绕小臂转动,进行俯仰和侧摇.腕子前头是手,即操作器.这个机器人的功能和人手臂功能相似.它成为世界上第一台真正的实用工业机器人.此后英格伯格和德沃尔成立了"尤尼梅逊"公司,兴办了世界上第一家机器人制造工厂.第一批工业机器人被称为"尤尼梅特",意思是"万能自动". 他们因此被称为机器人之父.1962年美国机械与铸造公司也制造出工业机器人,称为"沃尔萨特兰",意思是"万能搬动"."尤尼梅特"和"沃尔萨特兰"就成为世界上最早的,至今仍在使用的工业机器人.

据说文艺复兴时期,既是杰出画家,又是科学家的达.芬奇,曾设计出了一款机器人.近百年来发展起来的机器人,大致经历了三个成长阶段,也即三个时代.第一代为简单个体机器人,第二代为群体劳动机器人,第三代为类似人类的智能机器人,它的未来发展方向是有知觉,有思维,能与人对话.

第一代机器人属于示教再现型,第二代则具备了感觉能力,第三代机器人是智能机器人,它不仅具有感觉能力, 而且还具有独立判断和行动的能力.英格伯格和德沃尔制造的工业机器人是第一代机器人,属于示教再现型,即人手把着机械手,把应当完成的任务做一遍,或者人用"示教控制盒"发出指令,让机器人的机械手臂运动,一步步完成它应当完成的各个动作.