教學(xué)機器人實踐開發(fā)教程

前言

機器人學(xué)是一門高度交叉的前沿學(xué)科，機器人技術(shù)是集物理、數(shù)學(xué)、機械學(xué)、生物學(xué)、人類學(xué)、計算機科學(xué)與工程、控制論與控制工程學(xué)、電子工程學(xué)、人工智能、社會學(xué)等多學(xué)科知識之大成，是一項綜合性很強的新技術(shù)。機器人技術(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，而且將對人類的社會生活產(chǎn)生深遠的影響。最近，英國和美國的兩組科研小組，各自獨立在人工智能領(lǐng)域取得了重大突破，成功開發(fā)出能夠獨立推理、闡述理論以及探索科學(xué)知識的機器人。在英國威爾士阿伯里斯特維斯大學(xué)，羅斯·金和同事開發(fā)出了一種稱為“亞當”的機器人，這種機器人不僅可以實施有關(guān)酵母新陳代謝的實驗，還能推理實驗結(jié)果并且策劃下一階段的實驗。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)家開發(fā)出的電腦程序可以解開導(dǎo)致雙擺搖動的基本物理學(xué)法則。通過快速計算大量數(shù)字，這套程序可以破解牛頓的運動定律和其他科學(xué)特性。從20世紀60年代以來，科學(xué)家一直夢想著讓機器人實施科學(xué)任務(wù)。當我們最早將機器人送上火星，科學(xué)家的確希望機器人可以在火星獨立進行實驗。如今，將近50年過去了，這一愿望終于實現(xiàn)了。目前，國內(nèi)的部分中學(xué)和大學(xué)開始引進教學(xué)機器人，以此構(gòu)成實踐開發(fā)平臺，系統(tǒng)訓(xùn)練與開發(fā)學(xué)生的工程意識、創(chuàng)新能力和實踐能力，自主建構(gòu)科技基礎(chǔ)知識。蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院實驗中心在李廉、管會生、馬義忠、孫以功、萬毅等教授的大力支持下于2005年引進成套教學(xué)機器人系統(tǒng)，成立了機器人實驗室，開設(shè)機器人實踐開發(fā)選修課，受到同學(xué)們的歡迎和青睞。本書是在多年的教學(xué)實踐基礎(chǔ)上總結(jié)編寫而成，并且本書首次明確提出了教學(xué)機器人的概念及其特征。本書在編寫過程中，得到了蘭州大學(xué)管會生教授、馬義忠教授、陳曉云教授等多位老師及上海未來伙伴機器人有限公司的大力支持。在此表示誠摯感謝！本書由饒增仁主編，趙潔、靳永利、李三平為副主編。由于編者水平所限，加之時間倉促，書中難免出現(xiàn)錯誤或不妥之處，敬請廣大讀者批評指正。

內(nèi)容概要

《教學(xué)機器人實踐開發(fā)教程》內(nèi)容簡介：機器人學(xué)是一門高度交叉的前沿學(xué)科，機器人技術(shù)是集物理、數(shù)學(xué)、機械學(xué)、生物學(xué)、人類學(xué)、計算機科學(xué)與工程、控制論與控制工程學(xué)、電子工程學(xué)、人工智能、社會學(xué)等多學(xué)科知識之大成，是一項綜合性很強的新技術(shù)。機器人技術(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，而且將對人類的社會生活產(chǎn)生深遠的影響。

書籍目錄

第1章 機器人概述　1.1 機器人的概念　1.2 機器人的發(fā)展史　1.3 機器人的分類　1.4 教學(xué)機器人的特點　1.5 教學(xué)機器人的選型第2章 教學(xué)機器人創(chuàng)新平臺　2.1 一般機器人的硬件組成　2.2 一般機器人常用的傳感器和驅(qū)動器　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 硬件擴展總線ASBUS第3章 教學(xué)機器人編程　3.1 圖形化交互式C語言簡介　3.2 快速入門　3.3 流程圖編程方法　3.4 JC語言編程方法第4章 教學(xué)機器人實踐開發(fā)項目　4.1 機器人走“”字形　4.2 機器人叫人起床　4.3 動態(tài)字符顯示　4.4 地面灰度檢測　4.5 機器人避障　4.6 機器人追光　4.7 機器人跟人走　4.8 機器人邊唱邊跳　4.9 機器人滅火第5章 AS-EI機器人組件的工程創(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)計開發(fā)項目第6章 RobEI組件的設(shè)計與搭建基礎(chǔ)　6.1 伺服電機及其控制原理　6.2 用單片機控制伺服電機　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——高級伺服電機驅(qū)動卡使用說明　6.5 RobEI組件的軟件控制　6.6 RobEI組件創(chuàng)新設(shè)計訓(xùn)練項目附錄　附錄1 AS-UII、AS-EI使用注意事項及防靜電常識　附錄2 2007年“Robcup”杯中國智能機器人比賽項目規(guī)則　附錄3 教育部賽制及國際機器人滅火比賽　附錄4 機器人相關(guān)網(wǎng)站

章節(jié)摘錄

插圖：機器人一詞韻出現(xiàn)和世界上第一臺工業(yè)機器人的問世都是近幾十年的事，然而人們對機器人的幻想與追求卻已有3000多年的歷史，幾千年來。人類一直希望制造一種像人一樣的機器，以便代替人類完成各種工作。西周時期，我國的能工巧匠就研制出了能歌善舞的伶人。這是我國最早記載的機器人。春秋后期，我國著名的木匠魯班，在機械方面也是一位發(fā)明家，據(jù)《墨經(jīng)》記載，他曾制造過一只木鳥，能在空中飛行“三日不下”，體現(xiàn)了我國勞動人民的聰明智慧。公元前2世紀，亞歷山大時代的古希臘人發(fā)明了最原始的機器人——自動機。它是以水、空氣和蒸汽壓力為動力的會動的雕像，它可以自己開門。還可以借助蒸汽唱歌。東漢時期，科學(xué)家張衡不僅發(fā)明了地動儀，而且還發(fā)明了計里鼓車。計里鼓車每行一里，車上木人擊鼓一下，每行十里擊鐘一下。后漢三國時期，蜀國丞相諸葛亮成功地制造出了“木牛流馬”，并用其運送軍糧，支援前方戰(zhàn)爭。1662年，日本的竹田近江利用鐘表技術(shù)發(fā)明了自動機器玩偶，并在大阪演出。l738年，法國天才技師杰克·戴·瓦克遜發(fā)明了一只機器鴨，它會嘎嘎叫，會游泳和喝水，還會進食和排泄。瓦克遜的本意是想把生物的功能加以機械化而進行醫(yī)學(xué)上的分析。在當時的自動玩偶中.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)推出了自動書寫玩偶、自動演奏玩偶等，他們創(chuàng)造的自動玩偶是利用齒輪和發(fā)條原理制成的。它們有的拿著畫筆和顏色繪畫，有的拿著鵝毛蘸墨水寫字，結(jié)構(gòu)巧妙，服裝華麗，在歐洲風(fēng)靡一時。由于當時技術(shù)條件的限制，這些玩偶其實是身高lm的巨型玩具?，F(xiàn)在保留下來的最早的機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，兩只手的十個手指可以按動風(fēng)琴的琴鍵而彈奏音樂，現(xiàn)在還定期演奏供參觀者欣賞，展示了古代人的智慧。19世紀中葉自動玩偶分為2個流派，即科學(xué)幻想派和機械制作派，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玩偶為主角的作品《葛蓓莉婭》；1883年科洛迪的《木偶奇遇記》問世；1886年《未來的夏娃》問世。在機械實物制造方面，1893年摩爾制造了“蒸汽人”，“蒸汽人”靠蒸汽驅(qū)動雙腿沿圓周走動。

編輯推薦

《教學(xué)機器人實踐開發(fā)教程》：教育部高等學(xué)校計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會理工分類會推薦教材。

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