机器人(教案1)

一、 教学目的

了解机器人的相关知识，知道机器人与人类有着密切的关系。了解机器人的发展历史，感受科技的飞速发展，激发同学们对机器人相关知识的兴趣。 二、 教学重点

机器人的概念、机器人与人类的关系、机器人的分类、组成及发展、未来

三、 教具：电脑，U盘 四、 教学过程

同学们，看到这张图片是不是有熟悉的感觉？它就是科幻电影《变形金刚》中的汽车人领袖—擎天柱。擎天柱可以变形成集装箱卡车（内置防御炮塔和小滚珠）。它正直、博爱、善良、亲和、顾全大局、喜怒不形于色等领袖气质深入人心，成为“变形金刚”中最经典的代表人物之一。

酷爱“星战”的同学们都一定喜欢可爱的R2D2。它圆头圆脑，雪白的身子，蓝色的配件，头顶的摄像头和闪烁的红灯更是引人注目。虽然《星球大战》系列出现过无数稀奇古怪的机器人，但没有一个像这个家伙长得如垃圾桶一般。但它又极其的重要，是一个典型的机智、勇敢、而又鲁莽的宇航技工机器人，憨态可掬和忠主的表现是让人最容易记住的星球大战中的机器人。它不但会修理，还是个通讯高手，兼庞大的电脑资料库。最重要的是，它非常友善，而且听话。

R2不止一次在关键时刻扭转乾坤。他那小巧的身体只有0.96米

高，却塞满了装有各种工具的附加臂，这使他成为了一个了不起的太空船技工和电脑接口专家。

终结战士T-800那强壮的外表下一副恐怖的金钢骨架，它从烈火中爬起追杀人类的场面已经成为经典形象。除了无穷的动力，恐怖的杀人手段，强大的资料库，它居然还披了一张人皮，把属于机器人的金属骨架完全隐藏起来，然后再身穿人类的服装，随时可以从人群中冲出来结果你。在它的身上，集中体现了人类对于失控的力量的看法：强大、麻木、冷酷、毫无感情。

这又是谁呀？它是机器人总动员里的瓦力。机器人瓦力已经在地球上孤独地生活几百年了，他的任务就是清理地球上堆积如山的垃圾。有一天一艘飞船突然降落，一个女机器人伊娃来到地球执行搜寻任务，瓦力爱上了伊娃，并跟随着她展开了一场充满奇幻的太空之旅。

同学们，看到这些图片想到了什么？这就是我今天要给大家介绍的——机器人 1、认识机器人

机器人（Robot）是一种具有高度灵活性的自动化机器，具备一些与人或生物相似的智力，如感知能力、动作能力、规划能力等。  “机器人”一词的起源：1920年，在前捷克斯洛伐克作家雷尔. 在科幻小说《罗萨姆的机器人万能公司 》中首次提到Robota（捷克文“苦工，劳役”）Robotnik（波兰文，原意为“工人”），创造出“机器人”这个词。

 机器人的定义：一般来说，机器人是靠自身动力和控制能力来实现

各种功能的一种机器。美国机器人协会（RIA）的机器人定义：“机器人是一种可编程序、多功能的、用以搬运材料、零件、工具的操作机器；或是通过可改变程序动作来完成各种作业的特殊机械装置。”

 机器人三原则：

1.机器人不应伤害人类；

2.机器人应遵守人类的命令，与第一条违背的命令除外； 3.机器人应能保护自己，与第一条相抵触者除外。

这是给机器人赋予的伦理性纲领。机器人学术界一直将这三原则作为机器人开发的准则。  机器人与人类社会的关系

1）机器人进一步解脱了人类的繁重劳动。

代替人从事单一的，繁重的体力劳动。如家用地板清洁机器人，使人免去繁重的家务。 2）机器人可以保护人类。

代替人在有毒，易燃易爆，灾害等危险与恶劣的环境下，完成工作任务。例如核电站的维修检测机器人，军用的地雷探测机器人，在火星上的探测机器人，水下6000米的海洋探测机器人。 3）机器人延伸了人工作和活动的空间。

如火星探测机器人，可以将在火星获取的珍贵图片传到地球，犹如人站在火星表面。医用手术机器人可以辅助医生完成高精度的脑部神经手术。

 机器人有三个基本特征： 大脑：自动控制的程序。 身体：一定的结构形态。 动作：具有完成一定动作的能力。 2、机器人的分类：

诞生于科幻小说之中一样，人们对机器人充满了幻想。也许正是由于机器人定义的模糊，才给了人们充分的想象和创造空间。

中国的机器人专家从应用环境出发，将机器人分为两大类，即工业机器人和特种机器人。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。而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，包括：空间机器人、水下机器人、娱乐机器人、军用机器人、服务机器人、农业机器人、医用机器人等。

工业机器人：

空间机器人 水下机器人

（2）特种机器人 军用机器人 教学机器人 服务机器人 娱乐机器人 医用机器人

焊接机器人

 代替人类从事危险的焊接工作  焊接时，可以精确地焊接很复杂的部分

装配机器人

 从事简单的重复性的组装工作  可以像人手一样进行组装

机器人及输送线物流自动化系统 特种机器人：

美国NASA的火星探险机器人“勇气”号

SONY公司的娱乐机器人QRIO（仿人型机器人 ）

我国的警用反恐防暴机器人

这是美国XOS 2，是由一系列结构、传感器、执行机构和控制器组成的，主要利用高压液压驱动，堪称真实版的“钢铁侠战衣”，有强力和精细两种可调节的状态模式。穿上它，在强力模式的状态，你可以立刻提升你的负重，并且能量倍增，可以搬动好几个人才能搬动的东西。一拳出去还可以轻松劈碎多块夹有砖头的木板。而在精细状态时，你能轻松地完成各种重复性的动作，甚至用来颠球都可以变得驾轻就熟。雷声公司希望先将XOS 2外骨骼系统推广到军方使用，令

战场上的士兵可以轻松举起重型武器或其他设备。

医用机器人

这是达芬奇手术机器人 ，它由三部分组成：外科医生控制台、床旁机械臂系统、成像系统。FDA已经批准将达芬奇机器人手术系统用于成人和儿童的普通外科、胸外科、泌尿外科、妇产科、头颈外科以及心脏手术。达芬奇外科手术系统是一种高级机器人平台，其设计的理念是通过使用微创的方法，实施复杂的外科手术。

水下机器人

水下机器人是一种可在水下移动、具有视觉和感知系统、通过遥控或自主操作方式、使用机械手或其他工具代替或辅助人去完成水下作业任务的装置

应用：沉船打捞、海上救生、光缆铺设、资源勘探和开采、水下考古、海洋生物考察等

海底世界不仅压力非常大（下潜100米就增加10个大气压），而且伸手不见五指，环境非常恶劣。采用水下机器人可以增加水下作业持续时间、无需生命维持设备、对人没有危险性、制造和使用成本低 水下机器人与普通机器人不同的特点：

 耐高水压的结构和密封

 水中不能使用无线电通信，目前在水中的唯一通信手 段是水声技术

 由于光波在水中的散射、损耗和吸收，水下机器人成 为“近视眼”

3、机器人的组成：

 组成

机器人是一个机电一体化的设备。从控制观点来看，机器人系统可以分成四大部分：机器人执行机构、驱动装置、控制系统、感知反馈系统。

一、执行机构包括：手部、腕部、臂部、腰部和基座等。相当于人的肢体。二、驱动装置包括：驱动源、传动机构等。相当于人的肌肉、筋络。三、感知反馈系统包括：内部信息传感器，检测位置、速度等信息；外部信息传感器，检测机器人所处的环境信息。相当于人的感官和神经。四、控制系统包括：处理器及关节伺服控制器等，进行任务及信息处理，并给出控制信号。相当于人的大脑和小脑。内部传感器（位形检测）控制系统处理器1关节控制器驱动装置执行机构工作对象外部传感器（环境检测）23  人和机器人的智能行为比较： ① 传感器——机器人的感觉器官 ② 微处理器——机器人的大脑 ③ 执行器——机器人的四肢和嘴

4、机器人的发展历史及未来：  机器人的发展历史

第一代：可编程机器人，示教再现或编程完成一些简单的重复性操作，在工业生产中广泛应用，第二代：感知机器人，具有视觉、触觉等环境感知能力、环境适应性、初步的智能，能完成更复杂的任务，已有应用，第三代：智能机器人，具有识别、推理、规划和学习等智能机制，能在非特定的环境下作业。

这是第一代工业机器人，工业机器人先驱乔治·德沃尔创造了世界第一台可编程的机器人“尤尼梅特”，它在1961年被投入通用汽车公司的一条汽车装配生产线正式开始工作。是世界上最早、最有名的机器人，至今仍在使用。

阿西莫是本田公司开发的双脚步行机器人，于2000年11月首次在横滨国际和平会议中心举行的机器人展示会上亮相。2004年12月，本田公司曾改进过“阿西莫”的性能，增加了它的关节和马达，使其可以以每小时3公里的速度小跑，而且将其身高也由最初的1．1米提高到1．3米，体型犹如一个8岁小男孩。 2007年，在西班牙巴塞罗那参展的阿西莫表演了踢足球、上楼梯。

身高130厘米，体重54公斤，“阿西莫”看上去很像一个身穿太空服的小朋友。接下来的几年中，“阿西莫”每 次亮相都要向人们展示自己的新本领。跑步、端盘子、推小车、跳舞等高难度动作都被他一一拿下。

第三代机器人是智能机器人，他是利用各种传感器、测量器等来获取环境信息，然后利用智能技术进行识别、理解、推理，最后做出规划决策，能自主行动实现预定目标的高级机器人。

只要告诉智能机器人做什么，不用告诉它怎么去做，它就能完成运动。目前，发展还是相对的只是在局部有这种智能的概念和含义，但真正完整意义的这种智能机器人实际上并没有存在，而只是随着我们不断的科学技术的发展，智能的概念越来越丰富，它内涵越来越宽。

我们看看智能机器人的图片。

 机器人的未来：

• 比尔·盖茨预言：未来家家都有机器人 • 机器人将改变时代

• 机器人的应用范围将越来越广泛 • 未来属于机器人 • 机器人将越来越聪明

• 机器人将是未来计算机行业的关键领域

会有灭火的机器人，它身行敏捷，不仅在熊熊烈火之中来去自如，而且不管哪里冒烟、起火，它都能及时发现，赶到现场，将火灾隐患消灭。

会有检修汽车机器人，只要把车摆上检修台，它用眼一扫，耳朵一听，立即就会查出毛病的部位和原因，进行修理，只需几分钟。

会有边防机器人，24小时连续值勤，万无一失。不管白天、黑夜、风雨、冰雪天气，一有敌情，它就能马上采取措施，封锁边境线。同时通知空中、地面报警系统，监视敌人行动，使任何人也不能越境一步。

还会有海洋开发机器人，它们能潜入海中勘察、取样、化验，很快制定出开发方案，有条不紊地下海作业，把海底的宝藏献给人类。 有科学家预言：生物机器人将在20年后问世；而智能机器人的发展使机器人具有自我学习的功能，它会自己作出判断，发出指令……

同学们，通过我今天的讲解，大家是不是对机器人有了初步了解。我相信会有不少同学对机器人感兴趣的。 5、我们和机器人

同学们，我们和机器人有过接触吗？在课外是不是学习机器人课程？

看看这几个同学展示的作品，同学们是否感觉很熟悉，对啦，这些就是乐高机器人。我相信很多同学接触过乐高机器人。很有趣味性的！

机器人最早只是在工厂里使用，现在已经在娱乐、医院和家庭等日常生活中使用。在可预见的未来，每一个家庭里都将拥有至少一个机器人。将来机器人可能会像计算机、汽车一样家家都有，变成人类离不开的一个工具，那时人人都要进行机器人的学习，会有越来越多的同学接触到机器人。通过机器人教育越来越普及，我们会学到比计算机更全面的知识，除了能够学到编程语言、程序设计以外，同时还

能学到机电方面的知识。

这是同学们在开设的机器人普及教育课堂上观看机器人演示，机器人在跳舞吗?

我们学习机器人知识的收益：

动手能力：自我组装、制造机器人不但会提升我们青少年的科学

兴趣，同时也会使我们养成凡事自己动手的良好生活习惯。

知识运用能力：机器人学习，涉及力学，感应器应用，编程，逻辑推演等方面的知识运用，再结合3D打印的技术，传统加工技术，可以创作出精彩无限的作品。因此，对于知识的综合运用是steam教育理念在思迪佳体系中的重要体现，学生在这套体系中可以得到多方面的知识学习以及综合运用能力培养。

团队协助能力：机器人结构的复杂性决定了装配与实验的过程需要同学们协作配合，在机械结构的搭建中，通过流程协商，分工合作，共同完成一个任务。组织形成协作关系，相互适配了角色定位，强化了优势性格，增强自信，并可以轮流领导项目发展以及分配任务， 体验不同协作关系带来的心理体验和搭建成果，从而培养了我们的情商和团队精神。

我们国家每年都组织同学们参加的各种机器人竞赛。这是16届青少年机器人竞赛：VEX机器人工程挑战赛，是一项引进的青少年国际机器人比赛项目。其活动对象为中小学生，要求参加比赛的代表队自行设计、制作机器人并进行编程。

这是环保机器人，旨在促进同学们调查自己身边的环境污染情况、理解环境保护的严峻形势；学习保护环境、治理污染的相关知识和技术。设计制作出能够解决身边环境问题的各种环保机器人。

机器人离我们并不遥远，随着科学的进步，同学们会发现机器人变成了我们离不开的好助手。机器人融合了计算机、机械、电子、通讯、控制、声、光、电、磁等多个学科领域的知识，愿同学们刻苦钻研，掌握更多的科学知识，研究设计出我们自己的机器人，成为机器人专家！