教育中人形机器人运用研讨.pdf

教育中人形机器人使用研讨 当前世界上使用的机器人主要是工业机器人，其中一般以上是面向制 造业的工业机器人，即主要用于第二产业。在进入 21 世纪的今天，机 器人已经不再局限于工业上的应用，而应该在社会的各个行业合理利 用。近年来，全国机器人大赛的举办为这些需求提供了一个平台，其 中的人形机器人舞蹈大赛更是成为社会各界注重的焦点，各大、中、 小学校在此项目上的参与度表现出逐年递增。所以如何让人形机器人 在教育应用上发挥其应有的作用成为了当前研究的重点和难点。 1 相关研究 人形机器人是具备人类的外形特征和行动水平的智能机器人，能够采 用双腿行走方式，通过手臂和身体的协调完成一些简单的功能，以及 通过简单的语言和人类交流。与传统的机器人相比，人形机器人具有 显著的优势。而且人形机器人以与人近似的形态出现，对人类来说就 不会感到特别的陌生，也不会产生排斥心理，更容易被人类所接受， 所以人形机器人将可能是未来日常应用中最重要的智能机器人。人形 机器人的研究起步于上世纪 60 年代后期，目标是解决人形机器人的双 足行走问题。如日本早稻田大学加藤一郎教授在 1969年研制出 WAP-1 平面自由度步行机。 1973 年, 加藤等人在 WL-5 的基础上配置机械手及 人工视觉、听觉装置组成自主式机器人 WAROT-1。进入 90 年代，人形 机器人在控制方法和人工智能等方面的研究成果持续出现，从而推动 了人形机器人技术的快速发展。如今，人形机器人向这两个不同的方 面发展，一个是外形上与真实人类的细部特征相同的发展；另一个是 功能上接近真实人类，具备和人类一样的运动水平和灵活性及对环境 的判断水平。在 2005 年的日本爱知博览会上，就出现了多种与真人外 观一样的机器人，在北京第 19 届智能机器人与系统国际会议上，我国 同样也出现了这类人形机器人。现阶段应用于教育的人形机器人是由 伺服电机、控制主板、锂电池、金属框架与控制主板相配套的软件组 成。例如 ROBOT?X人形机器人，在机器的各活动关节的配置多达 17 个 伺服舵机，具有 17 个自由度，特显灵活，更能完成诸如手臂后摆 90 度的高难度动作。控制主板类似于人形机器人的大脑，通过自身智能 编程软件便能自动地完成整套动作。锂电池就是人形机器人实行活动 的能量。金属框架类似于人形机器人的骨骼，支撑着整个机器人。这 些部件组合起来的人形机器人能在音乐的伴奏中完成起舞、行走、起 卧、武术等表演，甚至还能完成翻跟斗等杂技以及各种奥运竞赛动作。 2 人形机器人的优势及不足 人形机器人与其它类型机器人的对比（如下表 1）：表 1 人形机器人 与其他类型机器人的对比从表中能够看出人形机器人在程序的编写、 逻辑思维水平、外形、创意、动作设计方面都比其它类型机器人更具 有优势。做好一个人形机器人需要很多的创意以及个性的需求，首先 要设计好机器人整体框架的构建；接下来是人形机器人的动作设计， 它需要设计出能够吸引注意力的动作，而且要能与音乐完美的结合； 再下来就是机器人外观的设计，也需要能够吸引人的注意。这些方面 都能够很好地锻炼学生的创意思维和个性的突出。另外，新课程改革 更加注重的是学生的个性以及水平的发展，相比于其它类型的机器人， 人形机器人在这两方面能给学生提供更好的锻炼机会。当前 , 很多新技 术不再隶属于单一学科 , 而是多门学科的高度综合。人形机器人技术就 是一门综合应用数学、力学、机械、电子、计算机、控制、传感技术、 通信和人工智能等学科的必威体育精装版成就的技术。而人形机器人在教育中的 推广能有效地激发学生的学习兴趣，有很好的趣味性和挑战性 , 有以下 作用： 1）培养学生的逻辑思维水平。编写程序是机器人教学的一个重 要的内容，程序就相当于机器人的思想