教學(xué)機(jī)器人實(shí)踐開(kāi)發(fā)教程

前言

機(jī)器人學(xué)是一門(mén)高度交叉的前沿學(xué)科，機(jī)器人技術(shù)是集物理、數(shù)學(xué)、機(jī)械學(xué)、生物學(xué)、人類學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程、控制論與控制工程學(xué)、電子工程學(xué)、人工智能、社會(huì)學(xué)等多學(xué)科知識(shí)之大成，是一項(xiàng)綜合性很強(qiáng)的新技術(shù)。機(jī)器人技術(shù)的出現(xiàn)與發(fā)展，不但使傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)面貌發(fā)生根本性的變化，而且將對(duì)人類的社會(huì)生活產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。最近，英國(guó)和美國(guó)的兩組科研小組，各自獨(dú)立在人工智能領(lǐng)域取得了重大突破，成功開(kāi)發(fā)出能夠獨(dú)立推理、闡述理論以及探索科學(xué)知識(shí)的機(jī)器人。在英國(guó)威爾士阿伯里斯特維斯大學(xué)，羅斯·金和同事開(kāi)發(fā)出了一種稱為“亞當(dāng)”的機(jī)器人，這種機(jī)器人不僅可以實(shí)施有關(guān)酵母新陳代謝的實(shí)驗(yàn)，還能推理實(shí)驗(yàn)結(jié)果并且策劃下一階段的實(shí)驗(yàn)。他們的部分成果已經(jīng)發(fā)表在最近的《科學(xué)》雜志上，同期發(fā)表的還有美國(guó)康內(nèi)爾大學(xué)霍德·利普森和邁克爾·施密特的科學(xué)論文，這兩位科學(xué)家開(kāi)發(fā)出的電腦程序可以解開(kāi)導(dǎo)致雙擺搖動(dòng)的基本物理學(xué)法則。通過(guò)快速計(jì)算大量數(shù)字，這套程序可以破解牛頓的運(yùn)動(dòng)定律和其他科學(xué)特性。從20世紀(jì)60年代以來(lái)，科學(xué)家一直夢(mèng)想著讓機(jī)器人實(shí)施科學(xué)任務(wù)。當(dāng)我們最早將機(jī)器人送上火星，科學(xué)家的確希望機(jī)器人可以在火星獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。如今，將近50年過(guò)去了，這一愿望終于實(shí)現(xiàn)了。目前，國(guó)內(nèi)的部分中學(xué)和大學(xué)開(kāi)始引進(jìn)教學(xué)機(jī)器人，以此構(gòu)成實(shí)踐開(kāi)發(fā)平臺(tái)，系統(tǒng)訓(xùn)練與開(kāi)發(fā)學(xué)生的工程意識(shí)、創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力，自主建構(gòu)科技基礎(chǔ)知識(shí)。蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心在李廉、管會(huì)生、馬義忠、孫以功、萬(wàn)毅等教授的大力支持下于2005年引進(jìn)成套教學(xué)機(jī)器人系統(tǒng)，成立了機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室，開(kāi)設(shè)機(jī)器人實(shí)踐開(kāi)發(fā)選修課，受到同學(xué)們的歡迎和青睞。本書(shū)是在多年的教學(xué)實(shí)踐基礎(chǔ)上總結(jié)編寫(xiě)而成，并且本書(shū)首次明確提出了教學(xué)機(jī)器人的概念及其特征。本書(shū)在編寫(xiě)過(guò)程中，得到了蘭州大學(xué)管會(huì)生教授、馬義忠教授、陳曉云教授等多位老師及上海未來(lái)伙伴機(jī)器人有限公司的大力支持。在此表示誠(chéng)摯感謝！本書(shū)由饒?jiān)鋈手骶帲w潔、靳永利、李三平為副主編。由于編者水平所限，加之時(shí)間倉(cāng)促，書(shū)中難免出現(xiàn)錯(cuò)誤或不妥之處，敬請(qǐng)廣大讀者批評(píng)指正。

內(nèi)容概要

《教學(xué)機(jī)器人實(shí)踐開(kāi)發(fā)教程》內(nèi)容簡(jiǎn)介：機(jī)器人學(xué)是一門(mén)高度交叉的前沿學(xué)科，機(jī)器人技術(shù)是集物理、數(shù)學(xué)、機(jī)械學(xué)、生物學(xué)、人類學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程、控制論與控制工程學(xué)、電子工程學(xué)、人工智能、社會(huì)學(xué)等多學(xué)科知識(shí)之大成，是一項(xiàng)綜合性很強(qiáng)的新技術(shù)。機(jī)器人技術(shù)的出現(xiàn)與發(fā)展，不但使傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)面貌發(fā)生根本性的變化，而且將對(duì)人類的社會(huì)生活產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

書(shū)籍目錄

第1章 機(jī)器人概述　1.1 機(jī)器人的概念　1.2 機(jī)器人的發(fā)展史　1.3 機(jī)器人的分類　1.4 教學(xué)機(jī)器人的特點(diǎn)　1.5 教學(xué)機(jī)器人的選型第2章 教學(xué)機(jī)器人創(chuàng)新平臺(tái)　2.1 一般機(jī)器人的硬件組成　2.2 一般機(jī)器人常用的傳感器和驅(qū)動(dòng)器　2.3 AS-UII的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)　2.4 傳感器　2.5 AS-UII的硬件組成　2.6 硬件擴(kuò)展總線ASBUS第3章 教學(xué)機(jī)器人編程　3.1 圖形化交互式C語(yǔ)言簡(jiǎn)介　3.2 快速入門(mén)　3.3 流程圖編程方法　3.4 JC語(yǔ)言編程方法第4章 教學(xué)機(jī)器人實(shí)踐開(kāi)發(fā)項(xiàng)目　4.1 機(jī)器人走“”字形　4.2 機(jī)器人叫人起床　4.3 動(dòng)態(tài)字符顯示　4.4 地面灰度檢測(cè)　4.5 機(jī)器人避障　4.6 機(jī)器人追光　4.7 機(jī)器人跟人走　4.8 機(jī)器人邊唱邊跳　4.9 機(jī)器人滅火第5章 AS-EI機(jī)器人組件的工程創(chuàng)新　5.1 創(chuàng)新思維與建構(gòu)主義　5.2 AS-EI組件的基本結(jié)構(gòu)和搭建基礎(chǔ)　5.3 AS-EI組件的控制核心——多功能擴(kuò)展卡　5.4 AS-EI組件的軟件控制　5.5 AS-EI組件創(chuàng)新設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目第6章 RobEI組件的設(shè)計(jì)與搭建基礎(chǔ)　6.1 伺服電機(jī)及其控制原理　6.2 用單片機(jī)控制伺服電機(jī)　6.3 RobEI組件的基本組件和搭建基礎(chǔ)　6.4 RobEI組件的控制核心——高級(jí)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)卡使用說(shuō)明　6.5 RobEI組件的軟件控制　6.6 RobEI組件創(chuàng)新設(shè)計(jì)訓(xùn)練項(xiàng)目附錄　附錄1 AS-UII、AS-EI使用注意事項(xiàng)及防靜電常識(shí)　附錄2 2007年“Robcup”杯中國(guó)智能機(jī)器人比賽項(xiàng)目規(guī)則　附錄3 教育部賽制及國(guó)際機(jī)器人滅火比賽　附錄4 機(jī)器人相關(guān)網(wǎng)站

章節(jié)摘錄

插圖：機(jī)器人一詞韻出現(xiàn)和世界上第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人的問(wèn)世都是近幾十年的事，然而人們對(duì)機(jī)器人的幻想與追求卻已有3000多年的歷史，幾千年來(lái)。人類一直希望制造一種像人一樣的機(jī)器，以便代替人類完成各種工作。西周時(shí)期，我國(guó)的能工巧匠就研制出了能歌善舞的伶人。這是我國(guó)最早記載的機(jī)器人。春秋后期，我國(guó)著名的木匠魯班，在機(jī)械方面也是一位發(fā)明家，據(jù)《墨經(jīng)》記載，他曾制造過(guò)一只木鳥(niǎo)，能在空中飛行“三日不下”，體現(xiàn)了我國(guó)勞動(dòng)人民的聰明智慧。公元前2世紀(jì)，亞歷山大時(shí)代的古希臘人發(fā)明了最原始的機(jī)器人——自動(dòng)機(jī)。它是以水、空氣和蒸汽壓力為動(dòng)力的會(huì)動(dòng)的雕像，它可以自己開(kāi)門(mén)。還可以借助蒸汽唱歌。東漢時(shí)期，科學(xué)家張衡不僅發(fā)明了地動(dòng)儀，而且還發(fā)明了計(jì)里鼓車。計(jì)里鼓車每行一里，車上木人擊鼓一下，每行十里擊鐘一下。后漢三國(guó)時(shí)期，蜀國(guó)丞相諸葛亮成功地制造出了“木牛流馬”，并用其運(yùn)送軍糧，支援前方戰(zhàn)爭(zhēng)。1662年，日本的竹田近江利用鐘表技術(shù)發(fā)明了自動(dòng)機(jī)器玩偶，并在大阪演出。l738年，法國(guó)天才技師杰克·戴·瓦克遜發(fā)明了一只機(jī)器鴨，它會(huì)嘎嘎叫，會(huì)游泳和喝水，還會(huì)進(jìn)食和排泄。瓦克遜的本意是想把生物的功能加以機(jī)械化而進(jìn)行醫(yī)學(xué)上的分析。在當(dāng)時(shí)的自動(dòng)玩偶中.最杰出的要數(shù)瑞士的鐘表匠杰克·道羅斯和他的兒子利·路易·道羅斯。1773年，他們連續(xù)推出了自動(dòng)書(shū)寫(xiě)玩偶、自動(dòng)演奏玩偶等，他們創(chuàng)造的自動(dòng)玩偶是利用齒輪和發(fā)條原理制成的。它們有的拿著畫(huà)筆和顏色繪畫(huà)，有的拿著鵝毛蘸墨水寫(xiě)字，結(jié)構(gòu)巧妙，服裝華麗，在歐洲風(fēng)靡一時(shí)。由于當(dāng)時(shí)技術(shù)條件的限制，這些玩偶其實(shí)是身高lm的巨型玩具?，F(xiàn)在保留下來(lái)的最早的機(jī)器人是瑞士努薩蒂爾歷史博物館里的少女玩偶，它制作于200年前，兩只手的十個(gè)手指可以按動(dòng)風(fēng)琴的琴鍵而彈奏音樂(lè)，現(xiàn)在還定期演奏供參觀者欣賞，展示了古代人的智慧。19世紀(jì)中葉自動(dòng)玩偶分為2個(gè)流派，即科學(xué)幻想派和機(jī)械制作派，并各自在文學(xué)藝術(shù)和近代技術(shù)中找到了自己的位置。1831年歌德發(fā)表了《浮士德》，塑造了人造玩偶“荷蒙克魯斯”；1870年霍夫曼出版了以自動(dòng)玩偶為主角的作品《葛蓓莉婭》；1883年科洛迪的《木偶奇遇記》問(wèn)世；1886年《未來(lái)的夏娃》問(wèn)世。在機(jī)械實(shí)物制造方面，1893年摩爾制造了“蒸汽人”，“蒸汽人”靠蒸汽驅(qū)動(dòng)雙腿沿圓周走動(dòng)。

編輯推薦

《教學(xué)機(jī)器人實(shí)踐開(kāi)發(fā)教程》：教育部高等學(xué)校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)理工分類會(huì)推薦教材。

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