智能机器人制作与程序设计(第一讲)课件.ppt（58页）

1、15011501期广州市中小学教师继续教育培训课程期广州市中小学教师继续教育培训课程广州市教育信息中心（电教馆）广州市教育信息中心（电教馆）20152015年年4 4月月2222日日课程教学内容提纲课程教学内容提纲序号序号学习单元学习单元学学 时时1前前 言言 机器人发展的现状与意义机器人发展的现状与意义1 12第一章第一章 走进机器人世界走进机器人世界 1 13第二章第二章 机器人的结构组成机器人的结构组成 4 44第三章第三章 机器人制作与程序设计案例机器人制作与程序设计案例 18185第四章第四章 3D3D打印技术在机器人中的应用打印技术在机器人中的应用3 36考考 核核 实操：机器人制

2、作与编程实操：机器人制作与编程3 3总总 计计3030前 言机器人发展的现状与意义一、机器人发展的现状 随着科学技术的迅猛发展，尤其是计算机随着科学技术的迅猛发展，尤其是计算机技术的高速发展，智能机器人技术得到广泛应技术的高速发展，智能机器人技术得到广泛应用，智能机器人技术是现代信息技术和先进制用，智能机器人技术是现代信息技术和先进制造技术的典型代表，它代表着一个国家高新技造技术的典型代表，它代表着一个国家高新技术发展的综合水平，现在智能机器人已逐渐走术发展的综合水平，现在智能机器人已逐渐走进我们日常生活的各个应用领域。目前，我国进我们日常生活的各个应用领域。目前，我国工业体系中，实现自动化成

3、为我国向工业体系中，实现自动化成为我国向“工业工业4.0”迈进首先需要解决的问题，而在这个过程迈进首先需要解决的问题，而在这个过程中，智能机器人扮演的角色尤为重要。中，智能机器人扮演的角色尤为重要。案例一：会做手术的机器人案例二：大厨机器人与协作机器人 2014年年6月月9日习近平总书记在两院院士大会讲日习近平总书记在两院院士大会讲话提出工业机器人研发、制造、应用是衡量一个国话提出工业机器人研发、制造、应用是衡量一个国家科技创新和高端制造业水平的重要标志。我们不家科技创新和高端制造业水平的重要标志。我们不仅要把我国机器人水平提高上去，而且要尽可能多仅要把我国机器人水平提高上去，而且要尽可能多地

4、占领市场。机器人是地占领市场。机器人是“制造业皇冠顶端的明珠制造业皇冠顶端的明珠”，其研发、制造、应用是衡量一个国家科技创新和高其研发、制造、应用是衡量一个国家科技创新和高端制造业水平的重要标志。机器人主要制造商和国端制造业水平的重要标志。机器人主要制造商和国家纷纷加紧布局，抢占技术和市场制高点。家纷纷加紧布局，抢占技术和市场制高点。“机器机器人革命人革命”有望成为有望成为“第三次工业革命第三次工业革命”的一个切入的一个切入点和重要增长点，将影响全球制造业格局，而且我点和重要增长点，将影响全球制造业格局，而且我国将成为全球最大的机器人市场。据调查：国将成为全球最大的机器人市场。据调查：2008

5、年年-2013年，中国机器人销售量增长率达年，中国机器人销售量增长率达36%，2013年年销售量攀升至近销售量攀升至近3.7万台，约占全球销售量的五分之万台，约占全球销售量的五分之一。一。二、开展机器人活动的意义 3030年前，比尔年前，比尔盖茨盖茨创立了微软公司，成为个创立了微软公司，成为个人电脑普及革命的领军人人电脑普及革命的领军人物；物；3030年后的今天，他预年后的今天，他预言：言：“机器人即将重复个机器人即将重复个人电脑崛起的道路，点燃人电脑崛起的道路，点燃机器人普及的导火索，这机器人普及的导火索，这场革命必将与个人电脑一场革命必将与个人电脑一样，彻底改变这个时代的样，彻底改变这个时

6、代的生活方式。生活方式。” 智能机器人技术是二十一世纪的核心科技力，智能机器人技术是二十一世纪的核心科技力，美国、日美国、日本、韩国等国家开展机器人研究起步较早，一直领导国际机本、韩国等国家开展机器人研究起步较早，一直领导国际机器人发展的潮流；在我国，中国科协于器人发展的潮流；在我国，中国科协于20012001年在广州南沙科年在广州南沙科技馆举办了第一届全国青少年机器人竞赛，教育部自技馆举办了第一届全国青少年机器人竞赛，教育部自20042004年年也把电脑机器人作为竞赛项目列入到全国中小学电脑作品制也把电脑机器人作为竞赛项目列入到全国中小学电脑作品制作活动中，但与国外相比还有较大的差距。作活动

7、中，但与国外相比还有较大的差距。我国要想在高科我国要想在高科技上追赶发达国家，在中小学普及机器人教育已迫在眉睫。技上追赶发达国家，在中小学普及机器人教育已迫在眉睫。1984年邓小平同志曾说过年邓小平同志曾说过“计算机教育要从娃娃抓起计算机教育要从娃娃抓起” ，现在我国已涌现出一大批优秀的计算机人才；同样，我国要现在我国已涌现出一大批优秀的计算机人才；同样，我国要想培养一大批懂得机器人技术的高科技人才，那么我国的机想培养一大批懂得机器人技术的高科技人才，那么我国的机器人教育也应从娃娃抓起。所以，在中小学普及智能机器人器人教育也应从娃娃抓起。所以，在中小学普及智能机器人科技教育具有重要的战略意义。

8、科技教育具有重要的战略意义。2014年年11月月6日中央电视台焦点访谈日中央电视台焦点访谈报道我国机器人产业的发展情况报道我国机器人产业的发展情况 机器人技术融合了机械制造、电子技术、机器人技术融合了机械制造、电子技术、信息技术、自动控制、传感器、网络通讯、声信息技术、自动控制、传感器、网络通讯、声音识别、图像处理和人工智能等领域的先进技音识别、图像处理和人工智能等领域的先进技术，代表了现代高新技术的发展前沿。学校开术，代表了现代高新技术的发展前沿。学校开展机器人教育活动有助于培养学生的动手实践展机器人教育活动有助于培养学生的动手实践能力、创新思维能力、空间想象能力、科学探能力、创新思维能力、

9、空间想象能力、科学探究能力、综合应用能力和团结协作能力，同时究能力、综合应用能力和团结协作能力，同时也能够适应新课程改革的需要，对提高中小学也能够适应新课程改革的需要，对提高中小学生的信息科技素养有着巨大的促进作用。生的信息科技素养有着巨大的促进作用。 第一章走进机器人世界知识导图知识导图第一节第一节 认识机器人认识机器人一、机器人的概念一、机器人的概念u联合国标准化组织采纳了美国机器人协会给机器联合国标准化组织采纳了美国机器人协会给机器人下的定义：人下的定义：“一种可编程和多功能的操作机；或一种可编程和多功能的操作机；或是为了执行不同的任务而具有可用电脑改变和可编是为了执行不同的任务而具有可

10、用电脑改变和可编程动作的专门系统。程动作的专门系统。” u中国的科学家们把机器人定义为：中国的科学家们把机器人定义为：“机器人是一机器人是一种自动化的机器，而且其具备一些与人或生物相似种自动化的机器，而且其具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器。协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器。” 二、二、“机器人机器人”的由来的由来 1920年捷克作家卡雷尔年捷克作家卡雷尔恰佩克发表了科幻剧本恰佩克发表了科幻剧本罗萨姆的万能机器人罗萨姆的万能机器人。在剧本中，卡佩克把捷。在剧本中，卡佩

11、克把捷克语克语“Robota” （捷克文，原意为（捷克文，原意为“奴隶、劳役、奴隶、劳役、苦工苦工”）写成了）写成了“Robot”（译成中文为（译成中文为“机器机器人人”）。该剧预告了机器人的发展对人类社会的悲）。该剧预告了机器人的发展对人类社会的悲剧性影响，引起了大家的广泛关注，被当成了机器剧性影响，引起了大家的广泛关注，被当成了机器人一词的起源。人一词的起源。三、机器人的发展三、机器人的发展 古代机器人：西周时期，中国的能工巧匠偃师用动物皮、古代机器人：西周时期，中国的能工巧匠偃师用动物皮、木头、树脂制出了能歌善舞的伶人，这是中国最早记载的木木头、树脂制出了能歌善舞的伶人，这是中国最早记载

12、的木头机器人雏形。后汉三国时期，蜀国丞相诸葛亮成功地创造头机器人雏形。后汉三国时期，蜀国丞相诸葛亮成功地创造出了出了“木牛流马木牛流马”的机器人，并用其运送军粮，支援前方战的机器人，并用其运送军粮，支援前方战争。争。 现代机器人：现代机器人：1959年第一台工业机器人（可编程、圆坐年第一台工业机器人（可编程、圆坐标）在美国诞生，是由英格伯格和德沃尔联手制造出来的。标）在美国诞生，是由英格伯格和德沃尔联手制造出来的。 根据机器人的发展进程，通常把它分为三代：根据机器人的发展进程，通常把它分为三代： 第一代的机器人是一种第一代的机器人是一种“遥控操作器遥控操作器”。 第二代的机器人是一种按人事先编

13、好的程序对机器人进第二代的机器人是一种按人事先编好的程序对机器人进行控制，使其自动重复完成某种操作的方式。行控制，使其自动重复完成某种操作的方式。 第三代机器人是智能机器人，它是利用通过各种传感器、第三代机器人是智能机器人，它是利用通过各种传感器、测量器等来获取环境的信息，然后利用人工智能技术进行识测量器等来获取环境的信息，然后利用人工智能技术进行识别、理解、推理，并最后作出规划决策，能自主行动、实现别、理解、推理，并最后作出规划决策，能自主行动、实现预定目标的高级机器人。预定目标的高级机器人。四、机器人的分类四、机器人的分类 我国机器人专家从应用环境出发，将机器人分我国机器人专家从应用环境出

14、发，将机器人分为两大类，工业机器人和特种机器人。为两大类，工业机器人和特种机器人。 （一）工业机器人（一）工业机器人 所谓工业机器人就是面向工业领域的多关节机所谓工业机器人就是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。工业机器人是自动执行工械手或多自由度机器人。工业机器人是自动执行工作的机器装置，是靠自身动力和控制能力来实现各作的机器装置，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥，也可以种功能的一种机器。它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代的工业机器人还可按照预先编排的程序运行，现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。以根据人工智

15、能技术制定的原则纲领行动。喷漆工业喷漆工业 机器人机器人焊接工业机器人焊接工业机器人 各种各样的机器人各种各样的机器人 （二）特钟机器人（二）特钟机器人 特种机器人集当代众多高技术于一身，目前重特种机器人集当代众多高技术于一身，目前重点研究的特种机器人有服务机器人、水下机器人、点研究的特种机器人有服务机器人、水下机器人、娱乐机器人、军用机器人、农业机器人、类人仿真娱乐机器人、军用机器人、农业机器人、类人仿真机器人等。将在航空航天、能源、交通、海洋、生机器人等。将在航空航天、能源、交通、海洋、生物、医疗、服务、农业、军事、娱乐和教育等领域物、医疗、服务、农业、军事、娱乐和教育等领域具有非常广阔的

16、应用前景。具有非常广阔的应用前景。腾讯腾讯Qrobot机器人机器人 通过话筒与机器人对话通过话筒与机器人对话机器狗随主人手势而翩翩起舞机器狗随主人手势而翩翩起舞仿真美女智能仿真美女智能机器人机器人 穿着时穿着时尚会哭会笑尚会哭会笑各种各样的机器人各种各样的机器人“玉兔号玉兔号”月球车月球车机器人机器人“乐队乐队”警卫机器人警卫机器人“蛟龙号蛟龙号”载人深潜器载人深潜器 各种各样的机器人各种各样的机器人医用机器人医用机器人智能机器人智能机器人“ASIMO”可识别脸形和声音的家用机器人可识别脸形和声音的家用机器人又唱又跳的机器人又唱又跳的机器人军用机器人军用机器人农业机器人农业机器人各种各样的机器

17、人各种各样的机器人第二节第二节 教育机器人简介教育机器人简介一、教育机器人的概念一、教育机器人的概念 教育机器人是由机器人生产厂商为教育机器人是由机器人生产厂商为激发学生学习兴趣、培养学生综合能力激发学生学习兴趣、培养学生综合能力专门开发的机器人成品、套装或散件。专门开发的机器人成品、套装或散件。它除了机器人机体本身之外，还有相配它除了机器人机体本身之外，还有相配套的控制软件和教学课本等。套的控制软件和教学课本等。 教育机器人具有一定的教育性、先教育机器人具有一定的教育性、先进性、科学性、创新性、实用性、趣味进性、科学性、创新性、实用性、趣味性和娱乐性。性和娱乐性。 二、教育机器人的分类二、教

18、育机器人的分类 教育机器人按面向对象可分为面向大学和面向教育机器人按面向对象可分为面向大学和面向中小学的机器人，按使用类型又分为教育型机器人中小学的机器人，按使用类型又分为教育型机器人与比赛型机器人。与比赛型机器人。 由于知识层面的不同，大学、中小学教育型机由于知识层面的不同，大学、中小学教育型机器人有很大的差别。大学生可以根据大学所学的编器人有很大的差别。大学生可以根据大学所学的编程知识去编译自己想要实现的任何代码或者指令；程知识去编译自己想要实现的任何代码或者指令；而中小学生由于受到编程能力的限制，一般采用图而中小学生由于受到编程能力的限制，一般采用图形化编程软件来编写机器人程序，软件在编

19、写图形形化编程软件来编写机器人程序，软件在编写图形化程序的同时自动生成相应的化程序的同时自动生成相应的 C语言代码程序，为语言代码程序，为方便不同层次的中小学生来学习机器人程序编写。方便不同层次的中小学生来学习机器人程序编写。人形机器人人形机器人灭火机器人灭火机器人足球机器人足球机器人NXT篮牙机器人篮牙机器人创意机器人创意机器人VEX机器人机器人三、国内常用的教育机器人三、国内常用的教育机器人案例一：案例一：篮球机器人篮球机器人案例二：案例二：机器人创意创关机器人创意创关四、国内教育机器人竞赛活动四、国内教育机器人竞赛活动 目前我国开展的适用中小学生参加的科技竞赛活动很多，与中小学教目前我国

20、开展的适用中小学生参加的科技竞赛活动很多，与中小学教育机器人相关的竞赛活动主要有以下几种：育机器人相关的竞赛活动主要有以下几种： 1. 由中国科协举办的由中国科协举办的“中国青少年机器人竞赛中国青少年机器人竞赛”，2001年开始举办，年开始举办，每年一届，到每年一届，到2014年已举办了第年已举办了第14届。届。 2. 由教育部和中央电化教育馆举办的由教育部和中央电化教育馆举办的“全国中小学电脑制作活动全国中小学电脑制作活动”，自自2004年将机器人竞赛项目纳入了该活动中，至年将机器人竞赛项目纳入了该活动中，至2014年已举办年已举办11届。届。 3. 由教育部关心下一代工作委员会和中国发明协

21、会举办的由教育部关心下一代工作委员会和中国发明协会举办的“全国中小全国中小学信息技术创新与实践活动（学信息技术创新与实践活动（NOC）”，其中包含有机器人竞赛项目，其中包含有机器人竞赛项目，2003年开始举办，至年开始举办，至2014年已举办年已举办12届。届。 4. 由中国科协、教育部举办的由中国科协、教育部举办的“全国青少年科技创新大赛全国青少年科技创新大赛”，1979年年开始举办，开始举办，2014年已举办了年已举办了29届，机器人创造发明作品可以参加比赛。届，机器人创造发明作品可以参加比赛。 5. 由宋庆龄基金会、中国发明协会、中国教育学会、全国少工委组织由宋庆龄基金会、中国发明协会、

22、中国教育学会、全国少工委组织的的“宋庆龄少年儿童发明奖宋庆龄少年儿童发明奖”，2004年开始举办，现已举办了年开始举办，现已举办了10届，机届，机器人创造发明作品可以参加比赛。器人创造发明作品可以参加比赛。 网站名网站名网址网址网站二维码网站二维码中国机器人网中国机器人网第十五届全国中小学电脑作品制第十五届全国中小学电脑作品制作活动机器人竞赛项目竞赛规则作活动机器人竞赛项目竞赛规则中国机器人工业网中国机器人工业网中国产业机器人联盟中国产业机器人联盟慧聪工业机器人网慧聪工业机器人网台湾智慧自动化与机械人协会台湾智慧自动化与机械人协会广州中鸣数码科技有限公司广州中鸣数码科技有限公司杭州纳英特电脑电

23、子工程有限公杭州纳英特电脑电子工程有限公司司上海擎朗智能科技有限公司上海擎朗智能科技有限公司西觅亚科技有限公司西觅亚科技有限公司机器人资源网站机器人资源网站第二章机器人的结构组成 知识导图知识导图第一节第一节 机器人的硬件结构机器人的硬件结构控制系统人机交互系统机械系统驱动系统感知系统机与环境交互系统智能控制部分动作执行部分感知反馈部分机器人的硬件结构机器人的硬件结构机器人的硬件结构机器人的硬件结构 机器人的外貌有的像人，有的却并不具有人的机器人的外貌有的像人，有的却并不具有人的模样，但其组成与人很相似。智能控制部分是一模样，但其组成与人很相似。智能控制部分是一个微电脑控制器，它是机器人的指挥

24、中心，相当个微电脑控制器，它是机器人的指挥中心，相当于人脑或中枢神经，它能控制机器人各部位协调于人脑或中枢神经，它能控制机器人各部位协调动作，是人与机器人沟通的工具，可根据外界的动作，是人与机器人沟通的工具，可根据外界的环境变化、灵活变更机器人的动作。感知反馈部环境变化、灵活变更机器人的动作。感知反馈部分是机器人自身与外部环境传递变化信息的感觉分是机器人自身与外部环境传递变化信息的感觉器官，传感器相当于人的眼、耳、口、皮肤等，器官，传感器相当于人的眼、耳、口、皮肤等，它包括内传感器和外传感器。动作执行部分包括它包括内传感器和外传感器。动作执行部分包括机械手和移动机构，机械手相当于人手一样，可机

25、械手和移动机构，机械手相当于人手一样，可完成各种动作；移动机构相当于人的脚，机器人完成各种动作；移动机构相当于人的脚，机器人靠它来靠它来“走路走路”。第二节第二节 机器人的主控制器机器人的主控制器机器人的主控制器机器人的主控制器机器人的主控制器机器人的主控制器第三节第三节 机器人的动力结构机器人的动力结构减速电机、步进电机减速电机、步进电机 、伺服电机 传感器是机器人的各种感觉传感器是机器人的各种感觉器官。例如：声音传感器相当于器官。例如：声音传感器相当于机器人耳朵，灰度传感器、火焰机器人耳朵，灰度传感器、火焰传感器、光电传感器等可以充当传感器、光电传感器等可以充当机器人的眼睛，红外传感器、超

26、机器人的眼睛，红外传感器、超声波传感器和触碰传感器就像机声波传感器和触碰传感器就像机器人的皮肤。器人的皮肤。 一、声音传感器一、声音传感器 二、红外传感器二、红外传感器 三、光电传感器三、光电传感器 四、灰度传感器四、灰度传感器 五、火焰传感器五、火焰传感器 六、触动传感器六、触动传感器 七、超声波传感器七、超声波传感器 八、八、方位传感器（数字指南针）方位传感器（数字指南针）第五节第五节 机器人的辅助设备机器人的辅助设备机器人的辅助设备机器人的辅助设备第六节第六节 机器人的结构搭建机器人的结构搭建动手实践动手实践 用你现有的教育机器人套用你现有的教育机器人套装，如果要制作一个巡线机器装，如果

27、要制作一个巡线机器人，需要哪些主要配件？找到人，需要哪些主要配件？找到相关配件后通过小组协作共同相关配件后通过小组协作共同搭建一个巡线机器人。搭建一个巡线机器人。第七节第七节 机器人的编程软件机器人的编程软件 教育机器人除了具备机器人套装和散件外，还教育机器人除了具备机器人套装和散件外，还有相配套的编程软件，这些软件是针对机器人初学有相配套的编程软件，这些软件是针对机器人初学者的特点，为了简化编程的难度，一般采用一种基者的特点，为了简化编程的难度，一般采用一种基于流程图的图形化机器人编程语言，可以使初学者于流程图的图形化机器人编程语言，可以使初学者摆脱编程语言高深难懂的困忧，让初学者把精力集摆

28、脱编程语言高深难懂的困忧，让初学者把精力集中在机器人的行为控制本身和程序的逻辑思维结构中在机器人的行为控制本身和程序的逻辑思维结构上；针对处于进阶阶段的学生，软件都配备了图形上；针对处于进阶阶段的学生，软件都配备了图形编程模块和编程模块和C语言界面软件功能，只需按一个语言界面软件功能，只需按一个C语言语言转换按钮就可以把一个图形化程序转换成一段转换按钮就可以把一个图形化程序转换成一段C语语言程序，进而学习怎样使用言程序，进而学习怎样使用C语言对机器人进行编语言对机器人进行编程，以适应不同层次学生的学习和使用。程，以适应不同层次学生的学习和使用。 机器人的编程软件界面机器人的编程软件界面用心做教育 诚心育英才谢谢大家！敬请指正！E-mail: