智能機(jī)器人制作與程序設(shè)計(jì)(第一講)課件

1501期廣州市中小學(xué)教師繼續(xù)教育培訓(xùn)課程廣州市教育信息中心（電教館）2015年4月22日1501期廣州市中小學(xué)教師繼續(xù)教育培訓(xùn)課程1課程教學(xué)內(nèi)容提綱序號(hào)學(xué)習(xí)單元學(xué)時(shí)1前言機(jī)器人發(fā)展的現(xiàn)狀與意義12第一章走進(jìn)機(jī)器人世界13第二章機(jī)器人的結(jié)構(gòu)組成44第三章機(jī)器人制作與程序設(shè)計(jì)案例185第四章3D打印技術(shù)在機(jī)器人中的應(yīng)用36考核實(shí)操：機(jī)器人制作與編程3總計(jì)30課程教學(xué)內(nèi)容提綱序號(hào)學(xué)習(xí)單元學(xué)時(shí)1前言機(jī)器人發(fā)展的現(xiàn)2前言

機(jī)器人發(fā)展的現(xiàn)狀與意義前言

機(jī)器人發(fā)展的現(xiàn)狀與意義3一、機(jī)器人發(fā)展的現(xiàn)狀一、機(jī)器人發(fā)展的現(xiàn)狀4

隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，智能機(jī)器人技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，智能機(jī)器人技術(shù)是現(xiàn)代信息技術(shù)和先進(jìn)制造技術(shù)的典型代表，它代表著一個(gè)國(guó)家高新技術(shù)發(fā)展的綜合水平，現(xiàn)在智能機(jī)器人已逐漸走進(jìn)我們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。目前，我國(guó)工業(yè)體系中，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化成為我國(guó)向“工業(yè)4.0”邁進(jìn)首先需要解決的問題，而在這個(gè)過程中，智能機(jī)器人扮演的角色尤為重要。

隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)的高5案例一：會(huì)做手術(shù)的機(jī)器人

案例二：大廚機(jī)器人與協(xié)作機(jī)器人案例一：會(huì)做手術(shù)的機(jī)器人

案例二：大廚機(jī)器人與協(xié)作機(jī)器人6

2014年6月9日習(xí)近平總書記在兩院院士大會(huì)講話提出工業(yè)機(jī)器人研發(fā)、制造、應(yīng)用是衡量一個(gè)國(guó)家科技創(chuàng)新和高端制造業(yè)水平的重要標(biāo)志。我們不僅要把我國(guó)機(jī)器人水平提高上去，而且要盡可能多地占領(lǐng)市場(chǎng)。機(jī)器人是“制造業(yè)皇冠頂端的明珠”，其研發(fā)、制造、應(yīng)用是衡量一個(gè)國(guó)家科技創(chuàng)新和高端制造業(yè)水平的重要標(biāo)志。機(jī)器人主要制造商和國(guó)家紛紛加緊布局，搶占技術(shù)和市場(chǎng)制高點(diǎn)。“機(jī)器人革命”有望成為“第三次工業(yè)革命”的一個(gè)切入點(diǎn)和重要增長(zhǎng)點(diǎn)，將影響全球制造業(yè)格局，而且我國(guó)將成為全球最大的機(jī)器人市場(chǎng)。據(jù)調(diào)查：2008年-2013年，中國(guó)機(jī)器人銷售量增長(zhǎng)率達(dá)36%，2013年銷售量攀升至近3.7萬臺(tái)，約占全球銷售量的五分之一。2014年6月9日習(xí)近平總書記在兩院院士大會(huì)講7二、開展機(jī)器人活動(dòng)的意義二、開展機(jī)器人活動(dòng)的意義8

30年前，比爾·蓋茨創(chuàng)立了微軟公司，成為個(gè)人電腦普及革命的領(lǐng)軍人物；30年后的今天，他預(yù)言：“機(jī)器人即將重復(fù)個(gè)人電腦崛起的道路，點(diǎn)燃機(jī)器人普及的導(dǎo)火索，這場(chǎng)革命必將與個(gè)人電腦一樣，徹底改變這個(gè)時(shí)代的生活方式?！?0年前，比爾·蓋茨創(chuàng)立了微軟公司，成為個(gè)人電腦9智能機(jī)器人技術(shù)是二十一世紀(jì)的核心科技力，美國(guó)、日本、韓國(guó)等國(guó)家開展機(jī)器人研究起步較早，一直領(lǐng)導(dǎo)國(guó)際機(jī)器人發(fā)展的潮流；在我國(guó)，中國(guó)科協(xié)于2001年在廣州南沙科技館舉辦了第一屆全國(guó)青少年機(jī)器人競(jìng)賽，教育部自2004年也把電腦機(jī)器人作為競(jìng)賽項(xiàng)目列入到全國(guó)中小學(xué)電腦作品制作活動(dòng)中，但與國(guó)外相比還有較大的差距。我國(guó)要想在高科技上追趕發(fā)達(dá)國(guó)家，在中小學(xué)普及機(jī)器人教育已迫在眉睫。1984年鄧小平同志曾說過“計(jì)算機(jī)教育要從娃娃抓起”，現(xiàn)在我國(guó)已涌現(xiàn)出一大批優(yōu)秀的計(jì)算機(jī)人才；同樣，我國(guó)要想培養(yǎng)一大批懂得機(jī)器人技術(shù)的高科技人才，那么我國(guó)的機(jī)器人教育也應(yīng)從娃娃抓起。所以，在中小學(xué)普及智能機(jī)器人科技教育具有重要的戰(zhàn)略意義。智能機(jī)器人技術(shù)是二十一世紀(jì)的核心科技力，美國(guó)、102014年11月6日中央電視臺(tái)焦點(diǎn)訪談報(bào)道我國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展情況2014年11月6日中央電視臺(tái)焦點(diǎn)訪談報(bào)道我國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)11

機(jī)器人技術(shù)融合了機(jī)械制造、電子技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)控制、傳感器、網(wǎng)絡(luò)通訊、聲音識(shí)別、圖像處理和人工智能等領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)，代表了現(xiàn)代高新技術(shù)的發(fā)展前沿。學(xué)校開展機(jī)器人教育活動(dòng)有助于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力、創(chuàng)新思維能力、空間想象能力、科學(xué)探究能力、綜合應(yīng)用能力和團(tuán)結(jié)協(xié)作能力，同時(shí)也能夠適應(yīng)新課程改革的需要，對(duì)提高中小學(xué)生的信息科技素養(yǎng)有著巨大的促進(jìn)作用。

機(jī)器人技術(shù)融合了機(jī)械制造、電子技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)12第一章

走進(jìn)機(jī)器人世界第一章

走進(jìn)機(jī)器人世界13知識(shí)導(dǎo)圖知識(shí)導(dǎo)圖14第一節(jié)認(rèn)識(shí)機(jī)器人第一節(jié)認(rèn)識(shí)機(jī)器人15一、機(jī)器人的概念聯(lián)合國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化組織采納了美國(guó)機(jī)器人協(xié)會(huì)給機(jī)器人下的定義：“一種可編程和多功能的操作機(jī)；或是為了執(zhí)行不同的任務(wù)而具有可用電腦改變和可編程動(dòng)作的專門系統(tǒng)?！敝袊?guó)的科學(xué)家們把機(jī)器人定義為：“機(jī)器人是一種自動(dòng)化的機(jī)器，而且其具備一些與人或生物相似的智能能力，如感知能力、規(guī)劃能力、動(dòng)作能力和協(xié)同能力，是一種具有高度靈活性的自動(dòng)化機(jī)器?！币弧C(jī)器人的概念16二、“機(jī)器人”的由來1920年捷克作家卡雷爾·恰佩克發(fā)表了科幻劇本《羅薩姆的萬能機(jī)器人》。在劇本中，卡佩克把捷克語“Robota”（捷克文，原意為“奴隸、勞役、苦工”）寫成了“Robot”（譯成中文為“機(jī)器人”）。該劇預(yù)告了機(jī)器人的發(fā)展對(duì)人類社會(huì)的悲劇性影響，引起了大家的廣泛關(guān)注，被當(dāng)成了機(jī)器人一詞的起源。二、“機(jī)器人”的由來17三、機(jī)器人的發(fā)展古代機(jī)器人：西周時(shí)期，中國(guó)的能工巧匠偃師用動(dòng)物皮、木頭、樹脂制出了能歌善舞的伶人，這是中國(guó)最早記載的木頭機(jī)器人雛形。后漢三國(guó)時(shí)期，蜀國(guó)丞相諸葛亮成功地創(chuàng)造出了“木牛流馬”的機(jī)器人，并用其運(yùn)送軍糧，支援前方戰(zhàn)爭(zhēng)。現(xiàn)代機(jī)器人：1959年第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人（可編程、圓坐標(biāo)）在美國(guó)誕生，是由英格伯格和德沃爾聯(lián)手制造出來的。根據(jù)機(jī)器人的發(fā)展進(jìn)程，通常把它分為三代：第一代的機(jī)器人是一種“遙控操作器”。第二代的機(jī)器人是一種按人事先編好的程序?qū)C(jī)器人進(jìn)行控制，使其自動(dòng)重復(fù)完成某種操作的方式。第三代機(jī)器人是智能機(jī)器人，它是利用通過各種傳感器、測(cè)量器等來獲取環(huán)境的信息，然后利用人工智能技術(shù)進(jìn)行識(shí)別、理解、推理，并最后作出規(guī)劃決策，能自主行動(dòng)、實(shí)現(xiàn)預(yù)定目標(biāo)的高級(jí)機(jī)器人。智能機(jī)器人制作與程序設(shè)計(jì)(第一講)課件18四、機(jī)器人的分類我國(guó)機(jī)器人專家從應(yīng)用環(huán)境出發(fā)，將機(jī)器人分為兩大類，工業(yè)機(jī)器人和特種機(jī)器人。（一）工業(yè)機(jī)器人所謂工業(yè)機(jī)器人就是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人是自動(dòng)執(zhí)行工作的機(jī)器裝置，是靠自身動(dòng)力和控制能力來實(shí)現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器。它可以接受人類指揮，也可以按照預(yù)先編排的程序運(yùn)行，現(xiàn)代的工業(yè)機(jī)器人還可以根據(jù)人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動(dòng)。四、機(jī)器人的分類19噴漆工業(yè)機(jī)器人焊接工業(yè)機(jī)器人

各種各樣的機(jī)器人噴漆工業(yè)機(jī)器人焊接工業(yè)機(jī)器人各種各樣的機(jī)器人20（二）特鐘機(jī)器人特種機(jī)器人集當(dāng)代眾多高技術(shù)于一身，目前重點(diǎn)研究的特種機(jī)器人有服務(wù)機(jī)器人、水下機(jī)器人、娛樂機(jī)器人、軍用機(jī)器人、農(nóng)業(yè)機(jī)器人、類人仿真機(jī)器人等。將在航空航天、能源、交通、海洋、生物、醫(yī)療、服務(wù)、農(nóng)業(yè)、軍事、娛樂和教育等領(lǐng)域具有非常廣闊的應(yīng)用前景。（二）特鐘機(jī)器人21騰訊Qrobot機(jī)器人通過話筒與機(jī)器人對(duì)話機(jī)器狗隨主人手勢(shì)而翩翩起舞仿真美女智能機(jī)器人穿著時(shí)尚會(huì)哭會(huì)笑各種各樣的機(jī)器人騰訊Qrobot機(jī)器人通過話筒與機(jī)器人對(duì)話機(jī)器狗隨主人手勢(shì)22“玉兔號(hào)”月球車機(jī)器人“樂隊(duì)”警衛(wèi)機(jī)器人“蛟龍?zhí)枴陛d人深潛器

各種各樣的機(jī)器人“玉兔號(hào)”月球車機(jī)器人“樂隊(duì)”警衛(wèi)機(jī)器人“蛟龍?zhí)枴陛d人深潛器23醫(yī)用機(jī)器人智能機(jī)器人“ASIMO”可識(shí)別臉形和聲音的家用機(jī)器人又唱又跳的機(jī)器人軍用機(jī)器人農(nóng)業(yè)機(jī)器人各種各樣的機(jī)器人醫(yī)用機(jī)器人智能機(jī)器人“ASIMO”可識(shí)別臉形和聲音的家用機(jī)器24第二節(jié)教育機(jī)器人簡(jiǎn)介第二節(jié)教育機(jī)器人簡(jiǎn)介25一、教育機(jī)器人的概念

教育機(jī)器人是由機(jī)器人生產(chǎn)廠商為激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)學(xué)生綜合能力專門開發(fā)的機(jī)器人成品、套裝或散件。它除了機(jī)器人機(jī)體本身之外，還有相配套的控制軟件和教學(xué)課本等。

教育機(jī)器人具有一定的教育性、先進(jìn)性、科學(xué)性、創(chuàng)新性、實(shí)用性、趣味性和娛樂性。

一、教育機(jī)器人的概念

教育機(jī)器人是由機(jī)器人生產(chǎn)26二、教育機(jī)器人的分類

教育機(jī)器人按面向?qū)ο罂煞譃槊嫦虼髮W(xué)和面向中小學(xué)的機(jī)器人，按使用類型又分為教育型機(jī)器人與比賽型機(jī)器人。

由于知識(shí)層面的不同，大學(xué)、中小學(xué)教育型機(jī)器人有很大的差別。大學(xué)生可以根據(jù)大學(xué)所學(xué)的編程知識(shí)去編譯自己想要實(shí)現(xiàn)的任何代碼或者指令；而中小學(xué)生由于受到編程能力的限制，一般采用圖形化編程軟件來編寫機(jī)器人程序，軟件在編寫圖形化程序的同時(shí)自動(dòng)生成相應(yīng)的C語言代碼程序，為方便不同層次的中小學(xué)生來學(xué)習(xí)機(jī)器人程序編寫。二、教育機(jī)器人的分類

教育機(jī)器人按面向?qū)ο罂煞?7人形機(jī)器人滅火機(jī)器人足球機(jī)器人NXT籃牙機(jī)器人創(chuàng)意機(jī)器人VEX機(jī)器人三、國(guó)內(nèi)常用的教育機(jī)器人人形機(jī)器人滅火機(jī)器人足球機(jī)器人NXT籃牙機(jī)器人創(chuàng)意機(jī)器人VE28案例一：籃球機(jī)器人

案例二：機(jī)器人創(chuàng)意創(chuàng)關(guān)案例一：籃球機(jī)器人

案例二：機(jī)器人創(chuàng)意創(chuàng)關(guān)29四、國(guó)內(nèi)教育機(jī)器人競(jìng)賽活動(dòng)

目前我國(guó)開展的適用中小學(xué)生參加的科技競(jìng)賽活動(dòng)很多，與中小學(xué)教育機(jī)器人相關(guān)的競(jìng)賽活動(dòng)主要有以下幾種：

1.由中國(guó)科協(xié)舉辦的“中國(guó)青少年機(jī)器人競(jìng)賽”，2001年開始舉辦，每年一屆，到2014年已舉辦了第14屆。

2.由教育部和中央電化教育館舉辦的“全國(guó)中小學(xué)電腦制作活動(dòng)”，自2004年將機(jī)器人競(jìng)賽項(xiàng)目納入了該活動(dòng)中，至2014年已舉辦11屆。

3.由教育部關(guān)心下一代工作委員會(huì)和中國(guó)發(fā)明協(xié)會(huì)舉辦的“全國(guó)中小學(xué)信息技術(shù)創(chuàng)新與實(shí)踐活動(dòng)（NOC）”，其中包含有機(jī)器人競(jìng)賽項(xiàng)目，2003年開始舉辦，至2014年已舉辦12屆。

4.由中國(guó)科協(xié)、教育部舉辦的“全國(guó)青少年科技創(chuàng)新大賽”，1979年開始舉辦，2014年已舉辦了29屆，機(jī)器人創(chuàng)造發(fā)明作品可以參加比賽。

5.由宋慶齡基金會(huì)、中國(guó)發(fā)明協(xié)會(huì)、中國(guó)教育學(xué)會(huì)、全國(guó)少工委組織的“宋慶齡少年兒童發(fā)明獎(jiǎng)”，2004年開始舉辦，現(xiàn)已舉辦了10屆，機(jī)器人創(chuàng)造發(fā)明作品可以參加比賽。四、國(guó)內(nèi)教育機(jī)器人競(jìng)賽活動(dòng)

目前我國(guó)開展的適用30

網(wǎng)站名網(wǎng)址網(wǎng)站二維碼中國(guó)機(jī)器人網(wǎng)第十五屆全國(guó)中小學(xué)電腦作品制作活動(dòng)機(jī)器人競(jìng)賽項(xiàng)目競(jìng)賽規(guī)則中國(guó)機(jī)器人工業(yè)網(wǎng)中國(guó)產(chǎn)業(yè)機(jī)器人聯(lián)盟慧聰工業(yè)機(jī)器人網(wǎng)臺(tái)灣智慧自動(dòng)化與機(jī)械人協(xié)會(huì)廣州中鳴數(shù)碼科技有限公司杭州納英特電腦電子工程有限公司上海擎朗智能科技有限公司西覓亞科技有限公司

機(jī)器人資源網(wǎng)站網(wǎng)站名網(wǎng)址網(wǎng)站二維碼31第二章

機(jī)器人的結(jié)構(gòu)組成

第二章

機(jī)器人的結(jié)構(gòu)組成32知識(shí)導(dǎo)圖知識(shí)導(dǎo)圖33第一節(jié)機(jī)器人的硬件結(jié)構(gòu)第一節(jié)機(jī)器人的硬件結(jié)構(gòu)34控制系統(tǒng)人機(jī)交互系統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)感知系統(tǒng)機(jī)與環(huán)境交互系統(tǒng)智能控制部分動(dòng)作執(zhí)行部分感知反饋部分機(jī)器人的硬件結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)人機(jī)交互系統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)感知系統(tǒng)機(jī)與環(huán)境交互系統(tǒng)35機(jī)器人的硬件結(jié)構(gòu)機(jī)器人的外貌有的像人，有的卻并不具有人的模樣，但其組成與人很相似。智能控制部分是一個(gè)微電腦控制器，它是機(jī)器人的指揮中心，相當(dāng)于人腦或中樞神經(jīng)，它能控制機(jī)器人各部位協(xié)調(diào)動(dòng)作，是人與機(jī)器人溝通的工具，可根據(jù)外界的環(huán)境變化、靈活變更機(jī)器人的動(dòng)作。感知反饋部分是機(jī)器人自身與外部環(huán)境傳遞變化信息的感覺器官，傳感器相當(dāng)于人的眼、耳、口、皮膚等，它包括內(nèi)傳感器和外傳感器。動(dòng)作執(zhí)行部分包括機(jī)械手和移動(dòng)機(jī)構(gòu)，機(jī)械手相當(dāng)于人手一樣，可完成各種動(dòng)作；移動(dòng)機(jī)構(gòu)相當(dāng)于人的腳，機(jī)器人靠它來“走路”。機(jī)器人的硬件結(jié)構(gòu)機(jī)器人的外貌有的像人，有的卻并不具有36第二節(jié)機(jī)器人的主控制器第二節(jié)機(jī)器人的主控制器37機(jī)器人的主控制器機(jī)器人的主控制器38機(jī)器人的主控制器機(jī)器人的主控制器39第三節(jié)機(jī)器人的動(dòng)力結(jié)構(gòu)第三節(jié)機(jī)器人的動(dòng)力結(jié)構(gòu)40減速電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)減速電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)41傳感器是機(jī)器人的各種感覺器官。例如：聲音傳感器相當(dāng)于機(jī)器人耳朵，灰度傳感器、火焰?zhèn)鞲衅?、光電傳感器等可以充?dāng)機(jī)器人的眼睛，紅外傳感器、超聲波傳感器和觸碰傳感器就像機(jī)器人的皮膚。

傳感器是機(jī)器人的各種感覺器官。例如：聲音傳感器42一、聲音傳感器

一、聲音傳感器43二、紅外傳感器

二、紅外傳感器44三、光電傳感器

三、光電傳感器45四、灰度傳感器

四、灰度傳感器46五、火焰?zhèn)鞲衅?/p>

五、火焰?zhèn)鞲衅?7六、觸動(dòng)傳感器

六、觸動(dòng)傳感器48七、超聲波傳感器

七、超聲波傳感器49八、方位傳感