机器人课件

第一单元认识机器人我们知道，随着科学的不断发展，不论是现代高端科技中还是在我们日常生活中，机器人都开始开始承担越来越重要的角色。

下面就让我们一起走进机器人，认识机器人。

其实，我们很多人在很早就接触过机器人，只是没有意识到而已。

一下这些是否还记得呢？绿色带花纹，只要拧紧发条，青蛙可在地板上扑腾好一阵子。

还记得小时候和伙伴们一块玩铁青蛙是的乐趣吗？铁青蛙遥控车以上这些机器人是否很熟悉？这些只不过是机器人的冰山一角，机器人大家庭还有很多奇能异士，让我们慢慢欣赏！想一想：我们日常生活中接触或在荧幕上看见过哪些机器人呢？我国机器人的诞生那么，我国机器人是从什么时候开始的呢？其实，机器人早在我国三国时期就已出现，蜀汉丞相诸葛亮的妻子黄月英发明了一种运输工具，木牛流马。

史载建兴九年至十二年（231年－234年）诸葛亮在北伐时所使用，其载重量为“一岁粮”，大约四百斤以上，每日行程为“特行者数十里，群行三十里”，为蜀国十万大军提供粮食。

斗转星移，时至现代。

计算机技术飞速发展，现代仿生机器人出现。

其理论基础是人工智能，这门学科以计算机技术和机器人技术为基础，综合性强，旨在创造出具有智慧的机器。

机器人发展的几个重要时刻公元前1400年，巴比伦人发明了漏壶，这是一种利用水流计量时间的计时器，他也被认为是历史上最早的机械设备之一。

在公元270年，古希腊发明家特西比乌斯（Csestibus）发明了一种采用活灵活现的人物造型指针指示时间的水钟，他也因此成名。

莱昂纳多·达·芬奇（Leonardo DaVinci）设计了一种发条骑士，试图让它能够坐直身子、挥动手臂以及移动头部和下巴。

这个机器人是否曾被造出来并不能确定，但根据其设计或许能够造出第一个人形机器人。

1966年，斯坦福大学人工智能研究中心（The Artificial Intelligence Center at the Stanford Research Center）开始了谢克机器人（Shake The Robot）的研发工作，这是第一台移动机器人，它被赋予了有限的观察和环境建模能力，控制它的计算机要填满整个房间。

1997年，小个头的“旅居者”探测器（Sojourner Rover）开始了自己的火星科研任务，它的最高行走时速为0.02英里，这台机器人探索了自己着陆点附近的区域，并在之后三个月中拍摄了550张照片。

2000年，本田汽车公司（Honda Motor）出品的人形机器人阿西莫（ASIMO）走上了舞台，它身高1.3米，能够以接近人类的姿态走路和奔跑。

做一做：你希望自己拥有什么样的机器人呢？完成你的愿望！发挥你的想象，写出你希望拥有机器人的名字机器功能，完成下表。

机器人名字机器人功能前沿快车：机器人来了！这不是入侵而是变革，这些机器人很快就会成为我们生活的一部分。

我们已经窥探了未来，这便是未来，让我们一起来了解认识最好的仿人机器人吧！有一个新品种正在世界各地不断进化中，这个品种是由外形与我们相似的物体组成，但它们的身体却非血肉，它们的身体是由金属、发动机和硅树脂组成。

很快，他们便会在我们身边开始生活。

这正是一个令人着迷的机器人技术研究方向所得出的结果——仿人机器人！他们其中有一个看起来十分可爱，像小孩一般，它的名字叫做儿童机器人，是在热那亚的意大利科学技术研究院发明的。

现在应用于全球超过20家科研机构内。

儿童机器人被作为教育平台应用于仿人机器人的开发，从工程设计到行为举止，几个方面的研究都得益于其多重视别力及学习能力，儿童机器人能和人类互动，响应语音指令并识别出不同的物体。

儿童机器人是一个完整的平台，有可用于观看和感受的传感器，所以当他们和周围环境交互时能感受到触摸和力量。

手经过了精妙的设计，这就意味着手有着很多关节可以移动去探索周遭的环境。

儿童机器人身上的结合传感器和精妙的活动能力能够形成智能行为。

这些智能行为让机器人能够对物体做出反应，例如跟人类进行互动、自动学习周遭的环境等思考：为什么这个机器人的外形要塑造成三四岁的样子呢？这是有很重要的原因，这是能够让科学家在其学习方面的问题进行研究时，与其建立一个已经知道该怎么行动的机器人，不如建造出能和周遭环境进行互动的机器人。

让仿人机器人更像人类，这是一个复杂任务，需要工程学、机械学和认知研究的完美平衡。

人类一直都对于创造出人造生物作为工作伙伴和进行社交互动这个概念十分着迷。

儿童机器人为在未来分享我们日常生活空间的机器人打下基础。

为此，他们不仅仅要长得像我们，也要以安全的方式和我们进行互动。

我们需要可信任的机器人——上半身仿人机器人。

他可以创造出一个能在共享空间内与人类互动的机器，这样我们就不会发生冲突或误解。

机器人并非单单依靠许多的传感器来形成一个反应，更多的是依靠一个模拟我们大脑思维和运作模式的更为复杂的系统。

第二单元机器人大家庭同学们，我们前面简单介绍了一下机器人的前世今生，那么这单元我们继续来走进机器人大家庭。

在机器人大家庭里，主要分为两类机器人：工业机器人和服务机器人。

这两类机器人又是怎样服务于人类的呢？让我们一起来看看。

工业机器人工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，它能自动执行工作，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。

它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。

如图，是一个焊接机器人。

服务机器人服务机器人是机器人家族中的一个年轻成员，可以分为专业领域服务机器人和个人/家庭服务机器人，服务机器人的应用范围很广，主要从事维护保养、修理、运输、清洗、保安、救援、监护等工作。

随着人们对生活质量的不断提高，服务机器人愈加成为我们生活中不可缺少的好帮手、好伙伴。

为了更好的和人进行互动，机器人必须安全、坚定和美观。

就在几十年前，机器人这个词是源于捷克语中“苦工”一词。

传统上是指工厂内为工业生产所采用的巨臂型机器。

现在这个曾经是贬义的词语，如今却代表着更多的像服务机器人这样的机器，但是我们让这些机器人安全的融入我们的世界之前还需要克服很多的困难。

而这些困难并非都是技术方面的。

有人说：阿西莫夫著名的机器人三大定律与在人们身边的真实世界环境下投放一个机器人所碰到的问题相比根本不算什么。

因为很多地区要求当人们出现在机器人身边时要完全停止行动，但服务机器人的目的正是要面向人们，和人们互动并试着按原本设定那样去帮助他们。

上图这个被叫做“雷姆”的机器人是用来作为博物馆、购物商场和另外一些公众场所的向导。

它能通过其触摸屏为人们提供信息和进行导航，能过理解指令并用语音回答询问者。

这些工作都需要软件和硬件的完美结合。

那么什么是机器人三大定律呢？在科幻小说领域，机器人三定律是科幻小说家艾萨克·阿西莫夫在他的大量机器人相关作品中为机器人设定的行为准则:第一定律机器人不得伤害人，或任人受到伤害而无所作为；第二定律机器人应服从人的一切命令，但命令与第一定律相抵触时例外；第三定律机器人必须保护自己的存在，但不得与第一、第二定律相抵触。

下图是一个清扫机器人，他可以自动探测垃圾，测试房间大小，不会放过任何一个角落，不会卡在某个角落里不出来，有自救解围系统。

他还配有超级活性炭，在清扫过程中能顺便净化空气。

科幻电影中的机器人有着酷炫的外形和强大的本领，它们也因此而赫赫有名。

他们大多只是虚构出来的，而现实生活中却真实存在一些默默无闻的机器人，它们安静的在我们身边工作，如楼道自动感应灯（如图）、自动感应水龙头（如图）等。

可见，机器人的外形可以是千差万别的，并不是非要像人形。

思考：机器人与普通的机器有什么区别？机器人与普通机器的不同之处在于：机器人是自动化、智能化的机器，它们具备一些与人相似的能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力。

机器人的广泛应用随着人们对机器人技术智能化本质认识的加深，机器人技术开始源源不断的向人类活动的各个领域渗透。

结合这些领域的应用特点，人们开发了各式各样的机器人，如工业机器人、服务机器人、水下机器人（如图）、娱乐机器人、农业机器人、军用机器人（如图）、太空机器人、教育机器人等。

猜一猜，下面是双胞胎还是模仿秀呢？第三单元机器人的组成及工作原理同学们，前面我们已经进入机器人大家庭，认识了许多各式各样的机器人。

但这些机器人都是怎么组成？怎么工作的呢？是不是像电影中那样酷炫百变呢？让我们进一步认识一下真实的机器人。

机器人有哪些部分组成？机器人系统的结构由机器人的机械结构部分、传感器组、控制部分及信息处理部分组成。

机器人的外貌有的像人，有的却并不具有人的模样，但其组成与人很相似。

机构部分包括机械手和移动机构，机械手相当于人手一样，可完成各种工作；移动机构相当于人的脚，机器人靠它来"走路"。

感知机器人自身或外部环境变化信息的传感器是它的感觉器官，相当于人的眼、耳、皮肤等，它包括内传感器和外传感器。

电脑是机器人的指挥中心，相当于人脑或中枢神经，它能控制机器人各部位协调动作；信息处理装置（电子计算机），是人与机器人沟通的工具，可根据外界的环境变化、灵活变更机器人的动作。

机器人运动机构机器人的运动机构就像是人类的手脚一样，不一样的是它们中有些机器人的脚是轮子或履带等代替，如图为机器人乐队。

当我们见到某人时，我们会用握手的方式来打招呼，这也是人们愿意在机器人身上运用的人类互动基本形式。

但机械手臂和手通常是僵硬的机械零件所组成的。

传统机器人一般都具有非常僵硬的关节和手臂，很有可能会给人类造成危险。

而人类则不同，虽然我门具有着坚硬的骨骼，但肌肉却非常柔软，肌肉可以像弹簧一样移动。

他们不仅仅是驱动金属的变速箱，这就促使科学家们想出了一个全新的人造肢体设计模型，其灵感就是直接来源于人体。

这个机器人虽然像人类，但是没有皮肤而且仅仅只有一只大眼，它主要精妙的模拟了人类的骨骼结构，他甚至需要放松后背。

他是迄今为止最为逼真的骨骼，甚至关节盘之间有胶状软垫的水平，这正是骨骼活动的关键所在。

机器人在人类骨骼上有很多值得借鉴的地方，特别是手臂和手，这是仿人机器人身上最复杂的零件之一，也是跟人类接触最频繁的部位如下图，为便携式履带机器人，具有良好的机动性，在越障、跨沟、攀爬等方面具有明显优势。

思考：双足机器人行走过程中怎么样保持平衡呢？重心是双足机器人直立行走的重点问题，主要在于保持重心平衡。

机器人行走的过程中，能让重心可以在安全范围内变化，使机器人可以保持平衡，稳步前进。

有时候对于人类来说这很简单，但是对机器人却并非如此。

建造一个能行走的机器人的最大挑战就在于如何保持平衡。

因为仅仅用两腿来保持平衡要比类似四肢着地要困难的多我们平常玩的不倒翁为什么总是直立的，这和重心有什么关系呢？原来，它的重心比较低。