第 7 课 机器人基础
机器人的诞生与发展
机器人的发展经历了3代∶
①可编程的示教再现型机器人
②基于传感器控制具有一定自主能力的机器人
③智能机器人
1942年，美国科幻作家阿西莫夫提出了”机器人三定律”，并提出了”机器人学”这个词。阿西莫夫也因此获得了”机器人之父”的称号。
机器人三定律∶
①机器人不得伤害人类，看到人类受伤害不得袖手旁观。
②机器人必须服从人类的命令，除非这条命令与第一条相矛盾。
③机器人必须保护自己，除非这种保护与以上两条相矛盾。
这三条定律给机器人社会赋予了新的伦理性，使得”机器人”的概念更易于为人类接受。
机器人的定义
机器人是一种由计算机控制，可以协助或取代人类完成一系列复杂动作，可编程的自动机械。
机器人的定义可以拆分成以下四个要点强化讲解∶
①机器人需要有”大脑”，对外界信号进行收集和处理;
②机器人在功能上能够协助或取代人类的部分工作，解放生产力;
③人类可以通过编程对机器人进行控制，甚至运用算法让机器人自我学习;
④机器人是一种自动或半自动的机械。
机器人的组成部分
机器人基本的组成部分∶控制器、传感器、执行器与机械机构。
无人机来举例，增强学生对各名词的直观感受∶
控制器∶控制无人机飞行，俗称”飞行控制器”
传感器∶比如摄像头感知到障碍物，防止无人机坠毁
执行器∶比如电机收到控制器发来的”起飞”指令后开始运转
机械机构∶无人机的”骨骼”，比如机架和螺旋桨
人类是地球上最高级、最聪明的动物，基本条件是因为人类在漫
长的进化过程中不但拥有了复杂的、完美的身体结构，而且还拥有了
发达的大脑。那么机器人要发展成为优秀的、高级的机器人也应该具
备相应的条件.
- 机械部件
正如人类的身体需由骨架和肌肉牵引才能完成一定的动作一样，
机器人的身体和动作表现也是由特定的机械结构组成的。在制作机器
人的时候，我们不仅可以使用课堂上提供的拼装套件，还可以选取身
边随手可得的各种材料作为机器人的加工原料。例如：木板、金属板、塑料板、有机玻璃板，还有像螺丝、螺帽那样的各种各样的五金紧固
件。
只要我们在日常生活中留心观察身边 的各种机械设备的动作，例如
缝纫机、变速自行车、起重机、挖土机等等，相信一定能受到良好的
启发，从而设计出能满足我们自己功能需求的机械结构。
- 感应和动作的电子部件
一个真正拥有智能的机器人通常都需要具备一定的感知能力，具
有感知能力的电子器件我们通常又称之为传感器，顾名思义，这类器
件具备了“传”递“感”应信息到机器人的大脑的功能。和人的感觉
器官——眼、耳、舌、鼻、皮肤 分别对光线、声音、味道、气味、
触碰、气温起感应作用一样，构成机器人的电子传感器 也是按功能
分类的，例如光源传感器、声音传感器、气体（煤气、烟雾）传感器、
压力传感器、温度传感器等等；它们的灵敏度和感应范围甚至超越了
人的感知界限，例如电子指南针、红外线传感器等。
因此，在我们设计机器人的时候，应该根据设计的要求，选用合适的
电子传感器件。
- 机器人的大脑
机器人的大脑可称之为 RCU(robot control unit),RCU 就好象
一台微型的家用电脑，它可以执行程序指令，并向具体动作器官发出
相应的动作信息。
- 机器人的思想
智能机器人尽管具备了以上的感应、动作和大脑器官，但它们只
是让智能机器人有了个躯壳，机器人的大脑（RCU）初期是完全空白
的，像初生的婴儿一样。需要我们用学到的编程知识，按照我们的意
图编写出特定的程序，灌输给它后才能变成真正具备智能的大脑。
机器人对知识的掌握是非常快速的，而当它跟人类一样能够对外界的
复杂环境进行观察、思考，然后做出反应的的时候，我们的机器人就
拥有真正的智能了。
因此，必须学习编写机器人程序的方法，才能让我们的机器人不
但拥有漂亮的躯壳，还能拥有真正的灵魂。
机器人的特点
①类人，机器人有类人的能力（比如感知和执行）
②机器人可以被编程后自动工作
机器人的类别
机器人的分类∶
机器人有很多种分类方法，我国机器人专家从应用环境的角度出发，将机器人分为两大类
—工业机器人和特种机器人。
工业机器人与特种机器人知识点补充∶
工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人，比如多关节型机器人、水平关节型机器人、直角坐标型机器人;
特种机器人则是除工业机器人之外的、用于非制造业并服务于人类的各种先进机器人。比如服务机器人、水下机器人、空间机器人、军用机器人、医疗机器人。
↑火星探测器 ↑服务机器人
↑工业机械臂 ↑手术机械臂
机器人的应用场景
机器人十大新兴应用领域∶
2018年世界机器人大会上，大会专家委员会发布了《机器人十大新兴应用领域2018-2019 研究报告》。报告指出机器人的十大新兴应用领域是∶仓储及物流、消费品加工制造、外科手术及医疗康复、楼宇及室内配送、智能陪伴与情感交互、复杂环境与特殊对象的专业清洁、城市应急安防、影视作品拍摄与制作、能源和矿产采集、国防与军事。
机器人并不神秘，在人类生活中无处不在，并给我们带来了极大的方便和乐趣
生活中有哪些机器人
- 扫地机器人
扫地机器人，又称自动打扫机、智能吸尘、机器人吸尘器等，是智能家用电器的一种，能凭借一定的人工智能，自动在房间内完成地板清扫、吸尘、擦地等工作。
- 迎宾机器人
不少迎宾机器人已经设置成可以自由移动，第一面就让人感受到浓浓的科技感，有的迎宾机器人会尽量设计的接近于人形，有的胸前也会配置一块显示屏，可以播放场地的宣传内容，也可以作其他相关展示和指引。
- 早教机器人
早教机器人是专门为儿童早教促进孩子学习兴趣的教育类电子产品。能唱歌、跳舞、讲故事等，教小孩拼音识字、互动娱乐，主张趣味学习，对幼儿注意力、思维能力等方面提升有很大帮助。
- 无人机
这里说到的无人飞机并不是军事上常说的用于战争上的机器，而是现在常被人用作在空中拍摄和飞行表演上。当然，也有人会用无人机来求婚表白，制造浪漫等。
科幻电影对机器人的憧憬
- R2-D2
这份名单必定少不了科幻电影《星球大战》中的R2-D2。我们从来不知道这个小机器人用它的特别声音说了什么，但有必要通过“交谈”了解它对生活的态度。R2-D2来自纳布星，是一个宇航技工机器人。
- 阿童木
这个漫画中的机器人英雄在1963年成为日本第一部电视动画片《铁臂阿童木》的主角。天马博士利用科技和智慧创造了这个与死去儿子一模一样的机器人。阿童木拥有超强的力量和技能，还能体会人类情感。
- 终结者
阿诺德·施瓦辛格在《终结者》的前两部中充分发挥了自己的演技，为我们带来了历史上最好的动作片。他饰演的机器人T-800由超级合金制成，几乎可以做任何事情。
- 瓦力
雄心勃勃、勇敢、令人难以置信。机器人瓦力就是一件“艺术品”，美国皮克斯动画制片公司的电影《机器人总动员》是经典中的经典。
- 阿拉蕾
阿拉蕾是一个天真而疯狂的机器人女孩，是日本漫画家鸟山明的成名作《怪博士与机器娃娃》中的卡通形象。阿拉蕾在数学、体育、生物方面拥有非凡的能力，是一个近乎完美的机器人，除了近视。
6.哆啦A梦
哆啦a梦是一只来自未来世界的猫型机器人，用自己神奇的百宝袋和各种奇妙的道具帮助大雄解决各种困难。心肠好，乐于助人，做事很拼命（见2112年哆啦A梦诞生记）但却心肠软。每次大雄遇到困难，他总会帮大雄。
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