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机器人学科教育的内容

收藏本信息编号:368 发布时间:2012-03-24 截止日期: 地区:

1. 机器人概况

       我们大多数人都看到过电影或书本里描绘的外形酷似人类的机器人,这是机器人的一种表现形式。可机器人并不一定非得是这样的。事实上,机器人的形状各式各样。实际意义上的机器人,应该是“能自动工作的机器”。有的功能很简单,有的就复杂得多。例如:家里的供暖系统,我们只需做最初设定,接下来它就能自己工作,我们身边的大多数家用电器都是这样。自动温控系统的元器件遍布于整座智能化大楼。机器人通常具有三个基本特征,是不是机器人,我们只需看一看它是否具备以下三个特征: 1 .身体: 是一种物理状态,具有一定的形态。 2 .大脑: 控制机器人的程序 。 3 .动作: 任何机器人都有一定的动作表现。通过机器人概况的学习使学生能够走出机器人的神秘感,对下一步的学习打下良好的基础与兴趣。

2. 机器人编程

        程序设计是中小学校信息技术学科教育的重要内容之一。在中学程序设计能力强的同学在其它学科的学习中产生正迁移现象也屡见不鲜,程序设计课程在培养学生分析问题、解决问题的能力和培养学生创造性思维上起着非常重要的作用。程序设计是计算机这一现代工具为基础教育带来的一种培养逻辑思维能力的新方法和新手段。

        在强调程序设计教育作用的同时反思目前程序设计教学中存在的问题是必要的。对于初学程序设计的中小学生来说兴趣是学习的动力,而利用以往的程序设计媒介很难使初学者看到程序设计应用的效果,体验成功的乐趣,这是目前程序设计教学中经常出现两极分化的主要原因。

        智能技术是信息技术的核心内容,机器人技术是智能技术的结晶,是信息技术的重要内容之一,机器人技术将在人们的未来生活中扮演十分重要和不可缺少的角色。如果现在的学生具有了这方面的素质,他们将在未来社会中更容易地适应各种技术的革新,也更容易在未来的信息时代获得成功。

        程序是机器人的灵魂,让中学生通过为机器人编程序来学习程序设计的知识是程序设计教学入门的最好方法。在学习为机器人编写程序的过程中学生会获得成功的喜悦、会建立成功的信心,从而取得程序设计学习的兴趣。将机器人作为程序设计学习的载体,会从根本上解决目前程序设计教学中存在的问题。智能机器人使程序设计的学习与信息技术的前沿领域紧密的结合在一起。

       学习为机器人编写程序是以机器人为平台的学习内容之一,在编程序的过程中学生要了解机器人的功能、结构和工作原理,并根据要机器人完成的任务来编程序。学习者要了解机器人的各种传感器,并通过编程序来控制传感器,使机器人感知外界的环境信息,并对感知的信息做出决策和响应,以使机器人完成规定的任务。学习为机器人编写程序的过程可以用拟人的方法循序渐进的进行。例如:可以将机器人的硬件看作一个刚刚出生的孩子,而学习为机器人编程序的过程是学生赋予机器人行走、避障、避碰、说话、听话、观察等人类行为功能的过程。学生在学习的过程中始终感受着失败的遗憾和成功的喜悦,对遗憾和喜悦的感受必然形成学习的动力和兴趣。

        机器人做为程序设计教学的载体,承载着程序设计学习的任务,所以用于教学的机器人平台除了要具有适当的硬件功能外,还要有适宜中学程序设计教学的程序设计语言系统和编辑系统。这以西觅亚公司的乐高配套软件ROBOLAB为长,ROBOLAB 软件采用图形化编程语言,每一种功能使用一个图标表示,变成过程实际上就是逻辑思维过程,学生只需要写出流程图,过程是:在功能板中选定需要的图标,拖放在编程窗口,用导线将将图标有逻辑性地连接起来,这样就完成了编程,这与传统的编程有着根本的区别。 

      机器人作为信息技术教学的内容在中学信息技术教育中出现,会给信息技术教育带来新的内容、新的思考和新的活力。借助智能机器人学生可以进行多项目的研究性学习。机器人体现的知识的综合性使他不仅会成为程序设计学习的载体,也会成为中小学课程整合的新载体。机器人对学生引发的程序设计的兴趣还会对算法的学习打下良好的基础,使学生通过程序设计更好的学习有关的算法知识。

3. 机器人硬件

       机器人工学是一门多学科综合交叉的边缘学科,它涉及机械、电子、运动学、动力学、控制理论、传感检测、计算机技术和人机工程,是一门理论与应用相结合的课程。一个机器人包括两个主要部分:机器人的身体和某种形式的人工智能系统。很多不同的身体部分都可以叫做机器人。如:关节手臂被用于焊接和上漆,起重机和传送带系统在工厂中运送零件,巨型机器人机器搬运矿井深处的泥土等。机器人最简单的行为是移动。典型地,轮子被作为让机器人从一点移动到下一点的基本机械装置。让我们看看现代机器人技术中目前被常用的一些硬件设备。

电动机:它包括直流电机、交流电机、步进电机、伺服电动机等。

驱动机制:它包括齿轮和链条、滑轮和皮带、变速箱等。

电源:它包括一次电池和二次电池。如表常用电池规格:
 

规格

 

NEDA

 

IEC

 

描述

 

AAA

 

24A

 

LR03

 

普通规格中最小的

 

AA

 

15A

 

LR6

 

最普遍使用的小电池,一般用 2 节或 4 节

 

C

 

14A

 

LR14

 

手电筒小电池,可用于大玩具

 

D

 

13A

 

LR20

 

最大的普通电池

 

9v

 

1604A

 

6L-R61

 

方形,上有可用夹子夹住的的连接器

 

传感器:它包括逻辑传感器、本体感受传感器、接近传感器、红外线传感器、碰撞和触角传感器等

微控制器:是机器人内部使用的智能电子设备。它提供的功能类似于个人电脑内部的微处理器所执行的功能。

        通过对机器人硬件的学习,了解机器人的硬件结构体系,重点了解其机械结构、驱动系统、控制系统、感觉系统、通讯系统的原理与结构,学会机器人的模块化组装、控制与维护方法,使学生掌握机器人结构设计、运动分析、控制和使用的技术要点和基础理论。使学生对机器人有一个全面、深入的认识。培养学生综合运用所学基础理论和专业知识进行创新设计的能力。


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