机器人论文【十篇】
考试资讯 点击： 2022-12-31
论文通常用来指在各个学术领域进行研究并描述学术研究成果的文章，简称论文。 以下是为大家整理的关于机器人论文的文章10篇 ,欢迎品鉴！
【篇1】机器人论文
[摘要]经济全球化形势下，英语教学需求增长，尤其对于高校教育机构而言，传统英语教学模式的局限性弊端已逐渐显露，新型教学技术的引入与应用成为大势所趋。人工智能技术作为现代科技的重要产物，于近年来开始被尝试应用于教学工作当中，在语言类教学课堂中发挥着尤为重要的辅助作用。基于高校英语教学的现实需求，如何构建有益于提升教学实效性的教学模式，并由此实现人工智能技术在英语教学课堂中的有效利用，成为亟待解决的关键问题。现由人工智能视野出发，尝试在高校英语教学中拟建混合式课堂，以期实现教学效率及质量的优化。
[关键词]人工智能;高校英语;混合式教学;构建策略
从高校教育阶段的英语教学目的来看，其核心主要在于语言应用能力的培养，要达成这一目标，仅仅依靠单一的课堂内教学远远不够，在缺乏课外训练的情况下容易导致学生出现语义理解、口语表达方面的短板，不利于全面应用能力的构建。因此，以“线上+线下”为特征的混合式教学模式在高校英语课堂逐渐兴起，在很大程度上弥补了以往单一性教学模式的不足，也更有利于为人工智能等现代教学技术的引入与应用扩大空间。但由于长期受传统教学模式影响，人工智能与混合式教学模式在高校英语课堂中的融合构建容易受阻，需要以科学合理的策略加以推进，现提出相应方案。
一、人工智能与混合式教学模式的相关理论概述
(一)人工智能的概念及主要功能人工智能技术是建立在计算机信息处理基础上的一种智能化技术，能够对人类行为逻辑、方式及习惯做出相应的解析与模仿，使机器的运作能够在智能程序的驱使下更贴合人类的交互需求[1]。基于这一应用方向，人工智能技术主要由理论研究与工程研究两个方面共同推进完整体系的构建，其中，理论研究工作旨在为后续工程研究的实践奠定基础，重点一般放在对现有技术经验的总结探索、对相关理论体系的整合提炼等方向;工程研究工作则旨在利用现有人工智能技术独立完成产品的开发与设计，重点一般放在人工智能系统与设备的应用、新产品的研发实验与调整改进等。从人工智能目前的主要功能来看，大致可分为以下三类：一是通过智能系统完成信息的存储、提取及内部处理;二是通过智能化能力完成信息的符号化处理;三是建立与人类行为逻辑相近的程序逻辑，并利用这一能力对人类提出的问题予以解答或处理[2]。从语言学习的视角来看，人工智能的功能呈现更为具体，如语言解析技术、语言识别技术、语言翻译技术等均较为常见，随着人工智能普及率的增长，这些技术在语言教学课堂中的利用也更为广泛，且目前仍处于不断升级的进程当中，为语言教育方式的革新转变带来了巨大的契机。
(二)混合式教学模式的应用价值结合混合式教学模式在高校英语教学中的应用现状来看，其教学价值大致体现在以下两个方面：一是优势整合价值。语言学习中，传统课堂与网络信息课堂所能够提供的支持效果各不相同，且各有优势与短板。通过应用混合式教学模式能够有效提取并整合两种教学状态下的主要优势，使其相互补充、相互作用，进而发挥“1+1>2”的更优教学效果。二是范围拓展价值。语言类科目不仅对基础知识体系具有较高要求，同时也有着明显的实践需求，而单一的课堂教学模式很难将教学范围进行有效拓展[3]。在混合式教学模式支持下，这一问题得以解决，通过利用庞大的线上资源来突破线下教学范围的局限性，能够达到开辟新渠道、巩固认知结构的教学目的，有助于为学生跨文化交际能力的提升奠定基础。三是推进教学改革。混合式教学模式的深入开展，有助于实现教学方式的多元化和丰富性。充分借助于线上教学与线下教学的优势，综合运用多样化的教学手段，根据不同教学内容的要求来选择合适的混合式教学手法，这不仅可以为学生的学习活动提供良好的支持，同时还有助于调节课堂教学氛围，让教学实效性得以大大增强。
二、人工智能视野下高校英语混合式教学模式的应用路径
(一)听力训练———应用语料库完成自动化资源匹配及交互听力训练属于英语教学中的基础性部分，对于学生英语应用能力的构建有着决定性影响，且听力资源的广度及与学习需求的匹配度在很大程度上决定着学习效果。因此，在构建高校英语混合式教学模式时，可将人工智能技术作为打开听力训练资源广度的关键渠道，借助其特有的语料库储备来完成自动化匹配、交互，使学生能够快速在庞大的英语听力素材中获取与自身学习需求相符的听力资料，并根据资料内容，与人工智能设备展开具有针对性的自动化练习[4]。首先，学生可在线上人工智能系统中录入自己的年龄、学段、英语听力基础、重点训练方向等基本资料，由系统根据数据资料自动筛选、匹配相应的听力材料，从而省略手动搜集资料的繁琐工序。另外，为进一步增强线下课堂学习与情境的交互性，还可进一步利用人工智能的自动识别功能，由学生根据学习需求，随机选取某物体进行扫描，再由系统根据识别出的物品类别筛选出相关的听力练习资料，使学生能够在自动且随机的语言场景中获得更良好的学习体验。例如，当学生选择“手机”这一物品进行识别后，语料库便可自动筛选出与“手机”有关的听力材料，整理出类似主题：Therelevanceofmobilephonesandmodernlife，学生再根据听力内容展开自主练习，从而规避千篇一律的重复训练。
(二)写作指导———应用自动批改功能完成查漏补缺英语教学中，写作是用于锻炼学生词句表述水平、语法运用水平的重要环节，但传统英语写作教学课堂常受困于题材范围狭窄、批改过于主观等因素，既不利于学生创造能力的发挥，也容易导致学生对于自身英语写作的优缺点难以客观把握[5]。因此，在利用人工智能技术展开英语写作指导时，同样可由线上、线下两个不同角度出发，分别借助框架搭建功能与自动批改功能完成的自我审视与查漏补缺，进一步夯实英语书面表述能力。线上教学中，首先可由教师向学生布置以某一话题或某一词汇为主题的写作任务，如“Economicglobalization”，学生根据自身思路，在人工智能技术支持下的作文系统中进行写作，系统则由此发挥框架搭建功能，结合主题与基本思路提供大致的框架模板，以及用作参考的相关词汇、句式，使学生能够跟随框架的指导，形成更为清晰的写作逻辑链条，达到深化表达的训练目的。线下教学中，首先可针对经过系统自动批改后的写作内容与批改意见进行回顾，找出系统评测下的亮点与不足所在，梳理出写作过程中的存疑之处，通过与他人交流和询问教师的形式找出解决办法，并于课堂上完成习作修改，最后由教师根据写作主题，给出主观意见，从而达到主客观相结合的综合评定目的，使反馈成果更具辅助改进意义。
(三)翻译练习———应用云平台技术实现重难点突破英语翻译是以足够的词句积累、听力练习为基础的语言转换过程，对于学习者的语法运用水平、实时解析能力、组织表达能力都具有较高要求，因此学习过程中的重、难点也相对更多，如何提高翻译精准性成为教学过程中的重要问题[6]。人工智能支持下的云平台应用能够为英语翻译教学带来新的渠道，一方面可通过创设翻译情境来使学生快速投入到语言环境当中，另一方面也可透过知识模块拆分功能来理顺语句间的联系，从而使得翻译精确性提升。首先，可在线下课堂当中借助人工智能技术来营造身临其境的语言氛围，如通过追踪文本内容，自动化匹配并呈现与之相关的场景，给人以身临其境之感，如在进行“Foratime，theweatherchangedsud-denly，heavyrainandthunder，pedestriansontheroadwerelookingforeavestoavoid.”一句的翻译时，系统可自动提取“Thunderstorm”这一关键词，并在设备中播放关于“暴雨雷鸣”的音像，将学生引入语言情境当中[7]。在情景背景下完成翻译练习后，学生可各自将翻译成果上传至线上云平台，由云平台根据翻译内容，出具动态的评价链条，对翻译结果进行量化评定，使学生更快地从中厘清重点、难点，并结合不同的知识模块展开针对性补充练习。
(四)口语对话———应用人工智能机器人展开一对一对话高校教育阶段，英语教学的最终诉求在于实际语言应用能力的构建，因此，口语对话练习成为贯穿教学始终的必要环节，关系着学生最终能否将课堂学习成果转化为语言应用基础。人工智能技术的出现，在很大程度上打破了以往英语课堂中对话组织困难的僵局，学生可通过与人工智能机器人建立起一对一的对话关系，来解决师资有限而同学指导能力不足的问题，同时取得训练成效与查漏补缺成效。学生在进行线上自主练习时，可根据想要练习的方向设置关键词或主题，再将人工智能机器人作为对话对象，围绕主题展开聊天式对话，从而达到口语训练目的，同时还可避免与真人对话时羞于启齿的情况，有助于在放松状态下激发出更良好的表达水平[8]。线下课堂教学中，同样可利用人工智能机器人来催化练习效果，例如，在组织小组口语练习时，为避免话题匮乏、接话困难的情况，可利用智能机器人来提供一些固定的框架或句式搭配，并根据不同成员的薄弱点，对对话的层级与难度进行适当智能化调整，从而实现对话练习效果的提升。
三、人工智能视野下完善高校英语混合式教学模式的主要策略
(一)完善教学管理系统，拓宽混合式教学范围无论是人工智能技术还是混合式教学模式的利用，都需要以完善的教学管理系统作为依托，才能够最大限度发挥其价值与成效，真正在教育工作中起到支持作用。因此，在构建高校英语混合式教学模式的同时，还需要紧密结合内部教学需求与教学现状，组织校内各部门共同参与到教学管理工作中来，积极发挥监督与合作职能，在寻求改革发展契机的同时进一步拓宽混合式教学的应用范围[9]。一方面，打造以融入人工智能技术为核心的混合式教学方案，将其应用于英语教学工作当中，动态化观察各阶段教学成果，并用作后期修改教学管理方向的依据，同时积极举办教学比赛及教学研讨会议，以便及时发现方案中的问题所在;另一方面，将混合教学范围逐步扩大，如尝试通过校外拓展实践来探索人工智能的新应用渠道，同时建立综合线上、线下两个教学环节评价指标的教学反馈体系，以便于及时由反馈体系当中获取新的教学动向，并由此探索更利于发展的新模式。可以说，人工智能背景下的英语混合式教学，是以完善的教学管理系统为先导的，必须要不断地对教学管理系统进行完善，有效地拓展并延伸混合教学范围，才能够最大化地提升混合式英语教学的实际意义，真正促进教学质量的提升，为学生的成长和发展奠定坚实的基础。
(二)优化课件制作体系，突出合作互动功能除混合式教学方法的应用外，英语教学课件的制作也直接影响着最终教学成效。为突出人工智能技术的教学优势，在后期英语混合式教学课件的制作中，可进一步强调学习过程中的合作与互动，通过留置更大的交互空间来激发个体的主观能动性，从而达到强化训练效果的目的。一方面，高校可组建精于网课制作的教师队伍，在分析人工智能教学数据、总结以往经验的基础上，尽可能地丰富素材、去粗取精，使学生在线上学习中获得更优体验;积极打造线上精品网课，带给学生专业化的网络课程内容，使之可以从中收获知识的积累和能力的提升，此外还可以将精品网课作为范本在其他高校进行推广，这既可以进行课程推广还能够实现学术交流，以此来更好地强化课件制作效果;另一方面，在线下课件的制作中，更多地增加由学生作为主导的实践板块，如互动对话环节、实时翻译环节等，从根源上提高学生在混合式课堂中的参与度[10]。总而言之，在人工智能背景下，积极开展英语混合式教学，必须要以优质课件制作体系为先导，以课件优势来促进学生对于知识的吸收，这样有助于最大化发挥混合式英语教学的意义，强化教学实效性。
(三)重建教学评价制度，设置多元考核指标在混合式教学模式践行基础上，可通过重建教学评价制度、设置多元化考核指标来进一步倒逼教学质量的提升。例如，除了平时表现，期末考试成绩作为基础考核以外，可另外增加线上教学评价板块，即将学生在线资源学习情况、线上线下课堂活跃度以及师生互动情况等都纳入评价考核范围。借助人工智能技术及网络平台，将学生的学习情况细化为多个考核内容，如听、说、读、写能力的构建情况等，从而保证考核结果更加公正、有效，能够真实反映学生的学习情况以及英语应用水平，并帮助学生完成针对性改进。此外，为了进一步延伸教学评价效果，可以通过线上师生互评、学生互评、小组评价、学生自我评价等方式来实施多元化评价，这样通过多维度、多元化的混合式评价，有助于实现最真实、最客观、最全面的教学评价，能够全面衡量教学质量和教学效果，以便于为后续的教学改进创造基础。
参考文献：
[1]刘凡.高校英语教学线上+线下混合式模式的构建研究[J].吉林广播电视大学学报，2019(9)：62-63.
[2]安琦.民族高校英语专业课程混合式教学模式初探———以内蒙古民族大学为例[J].民族高等教育研究，2019，7(5)：90-92.
[3]郭玺平.混合式教学模式下的高校英语演讲课程设计与实践———以内蒙古师范大学为例[J].内蒙古师范大学学报(教育科学版)，2018，31(3)：87-90.
[4]陈洁.混合式教学法在高校英语专业《基础英语》课程中的应用[J].黑河学院学报，2020，11(2)：107-109.
[5]贺红艳.混合式教学模式下课堂评价体系改革对高校英语教师评价素养的挑战[J].国际公关，2020(5)：41-42.
[6]毛为慧,余庆泽.基于AI语音识别平台的英语混合式教学模式探讨[J].河南教育(职成教),2020(3):28-30.
[7]王艳红.人工智能背景下英语写作教学中混合式教学模式的应用[J].西部素质教育,2020,6(12):122-123.
[8]阚常娟.多模态视域下的英语教学云平台建设研究[J].江西电力职业技术学院学报,2020,33(3):37-38.
[9]王璐.浅议人工智能背景下的大学英语口语教学与评价[C].外语教育与翻译发展创新研究(第九卷).四川西部文献编译研究中心,2020:44-46.
[10]季燕.5G+人工智能视角下的英语教学创新探索[J].创新创业理论研究与实践,2020,3(7):67-68.
作者：王欣 单位：陕西警官职业学院
【篇2】机器人论文
智能机器人的未来发展趋势。
摘要:通过老师对机器人技术基础的说明和各组同学课外知识的介绍，以及自己在网上查机器人的知识和论文，掌握了机器人的基本知识和应用。我对智能机器人技术的发展现状和世界各国智能机器人的发展水平和应用有了新的认识。在掌握了机器人的基本知识以后，我对机器人将来的发展趋势有自身的看法。
关键词:机器人、发展现状、应用、趋势。
1、引言。
机器人的定义是可编程和多功能的操作机，用于搬运材料、零件和工具，或者为了执行不同的任务而具有可变化和可编程动作的专业系统。
智能机器人是在感觉上全面模拟人的机器系统，外形不一定像人。它是人工智能技术的综合考场，可以全面考察人工智能各领域的技术，研究彼此的关系。也可以在有害环境中代替人从事危险工作、天下海、战场作业等方面大显身手。
智能机器人应具备感知环境的能力、执行某项任务影响环境的能力和感知与行动联系的能力三个方面。智能机器人和工业机器人的根本区别在于智能机器人具有感知功能和识别、判断和规划功能。
随着智能机器人应用领域的不断扩大，人们期待智能机器人在更多领域为人类服务，代替人类完成更复杂的工作。但是，智能机器人的环境往往不为人知，难以预测。智能机器人应完成的工作任务也越来越复杂，人工分析智能机器人的行为，设计也越来越困难。目前，国内外对智能机器人的研究也越来越深入。
通过学习机器人技术基础和课后讨论，观看各组的说明和相关机器人视频，分析了国内外智能机器人的发展，讨论了智能机器人发展中存在的问题，最后提出了智能机器人发展的想法。
2、国内外该领域发展现状综述。
2.1智能机器人的发展现状。
智能机器人是第三代机器人，该机器人具有多种传感器，可融合多种传感器获得的信息，有效适应变化环境，具有较强的自适应能力、学习能力和自治功能。
目前开发中的智能机器人智能水平并不高，只能说是智能机器人的初级阶段。在智能机器人研究中，目前的核心问题有两个。另一方面，提高智能机器人的自主性是智能机器人与人的关系，也就是说，希望智能机器人与人更加独立，具有更加友好的人机界面。从长远来看，只要操作人员给出要完成的任务，机器就能自动形成完成任务的步骤，自动完成。另一方面，提高智能机器人的适应性，提高智能机器人适应环境变化的能力，是智能机器人与环境的关系，希望加强交互关系。
智能机器人涉及到很多关键技术，这些技术关系到智能机器人的智能高低。这些重要技术主要包括多传感信息耦合技术，多传感信息融合是指综合多传感器的感知数据，产生更可靠、更准确、更全面的信息，融合的多传感器系统更完善、更准确地反映检测对象的特性，消除信息的不确定性，提高信息的可靠性
在各国智能机器人的发展中，美国智能机器人技术在国际上一直处于领先地位，其技术全面、先进、适应性强、性能可靠、功能全面、精度高，其视觉、触觉等人工智能技术已广泛应用于宇宙、汽车工业。日本由于一系列扶植政策，各种机器人包括智能机器人发展迅速。欧洲各国在智能机器人的研究和应用方面处于世界公认的领先地位。我国起步较晚，进入大发展时期，以机器人为媒体推进制造业整体变化，推进高科技产业整体成长。
2.2智能机器人的广泛应用。
现代智能机器人基本上可以根据人的命令完成各种复杂的工作，如深海探测、作战、侦察、信息收集、危险、服务等工作，模拟人类不能或不想完成的工作，不仅可以自主完成工作，还可以与人合作完成工作
智能机器人根据工作场所的不同，可分为管道、水下、空中、地面机器人等。管道机器人可用于检测管道使用中的破裂、腐蚀和焊接质量，在恶劣环境下承担管道的清洁、涂装、焊接、内部研磨等维护，修复地下管道的水下机器人可用于海洋科学研究、海上石油开发、海底矿藏勘探、海底捞救生等空中机器人可用于通信、气象、灾害监测、农业、地质、交通、广播电视等服务机器人半自主或全自主工作，为人类提供服务，其中医疗机器人具有良好的应用前景
在国防领域，军用智能机器人得到前所未有的重视和发展，近年来，美英等国开发了第二代军用智能机器人，其特点是采用自主控制方式，完成侦察、作战和物流支援等任务，在战场上具有观察、嗅觉等能力，自动跟踪地形和选择道路，具有自动搜索、识别和消灭敌人目标的功能。例如，美国的Navplab自主导航车、SSV自主地面坦克等。在未来的军事智能机器人中，智能战斗机器人、智能侦察机器人、智能警戒机器人、智能士兵机器人、智能运输机器人等也成为防卫装备的新亮点。
在服务工作方面，世界各国尤其是西方发达国家都在致力于研发和广泛应用服务智能机器人，以扫地机器人为例，随着科技的进步和社会的发展，人们希望能够更加从繁琐的日常事务中脱颖而出，这就使扫地机器人进入家庭成为可能。日本公司开发的地板清扫机器人，可以沿着墙壁从任何位置自动启动，利用旋转的刷子将废弃物清扫到自己的容器中的车站地板清洗机器人工作时，将清洗液洒在地板上，用旋转刷不断清洗地板，将污水吸入带来的容器中的工厂的自动清扫机器人可以用于各种工厂的清扫工作。美国的清扫机器人Roomba具有很高的自主能力，可以在房间各家具的间隙游走，灵巧地完成清扫。瑞典的机器人三叶虫表面光滑圆形，内置搜索雷达，可以迅速检测和避免桌腿、玻璃器皿、宠物和其他障碍物。微处理器识别这些障碍物时，可以重新选择路线，重新判断和计算整个房间，保证房间的各个角落被清扫。
现代智能机器人不仅在上述方面有着广泛的应用，而且会渗透到生活的方方面面面，像煤炭工业在矿业方面，考虑到社会对煤炭需求量日益增长的趋势和煤炭开采的恶劣环境，将智能机器人应用到矿业是必不可少的。在建筑方面，有高层建筑抹灰机器人、预制品安装机器人、室内装饰机器人、擦拭玻璃机器人、地板研磨机器人等。在核工业方面，主要研究机构灵活、动作准确可靠、反应快、重量轻的机器人等。智能机器人的应用领域日益扩大，人们希望智能机器人能够在更多领域为人类服务，代替人类完成更复杂的工作。
3.讨论和展望和个人经验。
3.1智能机器人发展趋势展望。
智能机器人发展前景广阔，目前机器人研究处于第三代智能机器人阶段，国内外研究取得了很多成果，但智能水平仍不令人满意。未来的智能机器人应该在以下方面着力发展:面向任务，由于目前的人工智能不能提供实现智能机器的完整理论和方法，现有的人工智能技术多依赖于领域知识，因此我们限制了机器完成的任务和发展面向任务的特殊机器人，现有的人工智能技术可以发挥作用，开发这种智能机器人是可能的传感技术和集成技术技术，在现有传感器和集成技术的基础上发展更好、更先进的处理方法和实现手段，或者寻找新的传感器技术复杂的同时，可以提高人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智
3.2发展趋势。
现有的智能机器人智能化水平还不够高，所以在今后的发展中，努力提高各发面技术及其综合应用，大力提高智能机器人的智能化程度，提高智能机器人的自主性和适应性，是智能机器人发展的关键。同时，智能机器人涉及多门学科的协同工作，不仅包括技术基础，还包括心理学、伦理学等社会科学，让智能机器人完成对人类有益的工作，让人类从繁重、重复、危险的工作中解放出来，就像科幻作家阿西莫夫的机器人学三大法则一样，智能机器人真正为人类的利益服务，不能成为反人类的工具。相信在不不久的将来，各行各业都充满了各种各样的智能机器人，科幻小说的场景在科学家们的努力下成为现实，很好地提高了人类的生活质量和对未知事物的探索能力。
3.3个人的经验。
在没有学习《机器人技术基础》这门课程之前，我对机器人知之甚少。通过老师的说明和各组同学的课程说明，我对机器人有了更广泛的认识。
我一直想自己做一台遥控六通道遥控飞机，因为没有太多的知识和专业的时间，一直觉得太难了，所以一直没有方向。学习机器人技术基础这门课程是我制作的开始，遥控直升机与智能机器人相比差距太大，这就是科学技术的发展结果吧。
看过TED的一堂四轴直升机的录像，让我开阔视野，让我对制作自己的机器人有更多的想法。
通过《机器人技术基础》、《传感器与检测技术》、《机械设计基础》课程学习后，丰富的知识和技能，我可以在自己制作的机器人相应的传感器模块，使自己制作的机器人具有更多的功能，智能化。
参考文献。
[1].董砚秋.智能机器人概述[J].网络和信息。
[2].朱玉章.未来智能机器人[J].军事世界。
[3].谭定忠、王启明、李金山、谭林.洁净机器人研究发展现状[J].机械工程师
[4].许世范.智能机器人的发展及其在矿山的应用[J].煤矿自动化
[5].张博.智能机器人的现状和发展[J]。科学报告。
[6].张博.智能机器人的现状和发展[J]。科学报告。
[7].云为民.中国机器人发展的我看[J].读者的声音
[8].贾玉赞.浅谈智能机器人的发展和应用[J].太原技术
[9].孟庆春，齐勇，淑军，杜春侠，殷波，高云.智能机器人及其发展[J].中国海洋大学学报.
【篇3】机器人论文
机器人课程的开发与应用会充分启发学生智力、拓展学生思维，同时在学习文化课程的过程中，学习机器人课程还可以适当缓解学生的学习压力。尤其是对高中学生来说，其学习比较紧张，利用一部分时间来学习与机器人相关的课程，可以适当降低学生的学习压力。由于高中学生思维发散性较强，在学习与机器人课程相关的内容时，其主观能动性得以发挥，还可以培养学生的学习兴趣。本文结合高中教学实际以及机器人课程与开发进行相关研究的分析。
机器人 开发与应用 研究
【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1005-8877（2019）02-0002-01
学生在高中阶段的学习不应仅仅接受基础文化科目的讲解，通过适当的内容拓展与延伸来巩固学生的学习热情也是非常重要的。在高中阶段的教学过程中，机器人课程的开发和应用不仅能够弥补传统教学模式的不足，还能够提高学生的学习兴趣。由于机器人是在智能技术不断发展的前提下所出现的新事物，在应用过程中，学生对于智能技术有新的认识，这对拓展学生的思路来说也是非常重要的。人工智能的发展为我们的生活带来了极大的便利，将与机器人相关的课程引入到高中教学过程中，结合高中学生的兴趣和学习特征完成教学设计，可有效开发学生思维。
1.结合智能技术系统讲解机器人，让课程开发与应用更深入
随着科学技术的发展，人工智能应用越来越广泛，与此同时，机器人课程的开发也受到越来越多的重视和应用。在高中阶段的教学过程中，机器人课程的开发与应用可以大大提高学生的学习热情，虽然高中阶段学生需要具备较强的文化科目学习能力来应对各种类型的考试。但是除此之外，为了启发学生的思维，让学生对社会新型事物产生较强的兴趣和好奇心，结合人工智能技术来讲解与机器人相关的内容同样重要。在进行机器人课程的开发过程中，教师不仅仅要讲解机器人相关的内容。
例如在向学生介绍机器人的工作原理以及设计构思时，教师可以结合人工智能技术的基础性内容进行适当的讲解，让学生了解机器人作为人工智能技术的产物，其设计原理是什么，在具体的设计过程中应该遵循怎样的思路与原则。相较于直接进行机器人的介绍来说，以人工智能技术为切入点，逐步引入到机器人的介绍过程中，能够让学生对该门课程产生由浅入深的了解。采取这种讲解形式，也可以降低学生的学习难度，同时充分激发学生对于人工智能以及机器人的学习兴趣。
2.发挥多种辅助教学工具的作用，让课程开发与应用更深入
在各门课程的教学过程中，充分发挥多种辅助性教学的工具作用是非常重要的。由于很多课程难度较大，涉及到比较复杂的知识，需要学生进行深入学习与理解才能掌握，仅仅通过口头语言和文字的形式进行讲解，会造成学生理解方面的问题。针对这部分内容，教师可以发挥多种辅助教学工具的作用，来增进学生了解，其中多媒体是非常普遍的应用形式。在机器人课程的设计过程中，借助多媒体技术来展示机器人的整体构造以及设计原理非常直观，有助于学生理解。
例如在向学生介绍与扫地机器人相关的具体内容时，由于具体条件的限制，教师很难将扫地机器人直接带到课堂上，让学生进行直接了解，而采取口头讲解与文字解析的形式又不够直观，此时发挥多媒体教学的作用是非常有效的。教师可以搜集与扫地机器人相关的动画和视频展示给学生，先让学生熟悉扫地机器人的工作原理，然后通过适当的动画解析，增进学生对于扫地机器人构成的了解，启发学生思考。除此之外，教师也要注意与学生之间的互动，采取多媒体辅助教学的同时，将语言交流的作用发挥到最大。
3.巧妙结合机器人设计比赛，让课程开发与应用更深入
机器人课程开发与设计的最终目的不仅仅是让学生了解机器人的工作原理和基础知识，开发学生思维、启发学生自主完成机器人的设计也是非常重要的教学目标。因此，在具体的课程应用于研究过程中，组织学生完成机器人设计比赛是比较有效的形式之一。在将与机器人相关的基础设计原则和结构讲解给学生之后，教师可以组织学生进行设计大赛，这也可以作为高中阶段学生的拓展活动之一，缓解学生的学习压力。针对学生的能力与实际，教师可以确定是否进行自主命题，确定符合学生实际情况的比赛形式和比赛机制。由于机器人设计需要学生进行较长时间的构思和设计才能完成，难度也比较大，教师可以让学生通过合作的形式，充分利用课余时间进行自主设计。
例如，在与机器人相关的基础知识讲解完毕之后，教师可以组织学生以小组合作的形式来设计小型机器人。考虑到学生的实际能力，教师可以让学生只完成简单机器人的设计，能够完成简单的动作与指令即可。虽然这一设计难度不大，但是对于刚刚入门的学生来说，仍然会花费较多的时间，而且考虑到高中阶段学生的文化科目的学习压力，教师可以组织学生以多人合作的形式来完成。在实际的比赛过程中，由学生利用课下时间完成设计，教师抽出课堂教学时间，让学生按自己的分组情况展示自己所设计的机器人，分别介绍具體的设计思路和原理。
4.结语
总之，在设计具体的机器人课程应用与研究的过程中，教师可以结合人工智能技术，系统性地讲解机器人的有关基础性内容，为学生打下良好的基础，方便学生以后进行自主探究与学习。在介绍与机器人相关的内容时，也要发挥多种辅助性教学工具的作用，提高学生的实际应用能力，让学生对机器人的认识更加全面且深刻，同时充分激发学生的参与热情。为了发挥机器人课程开发与研究的最终目的，让学生参与机器人设计比赛，通过实践的形式来检验学生的学习效果是非常有效的。
参考文献
[1]郝建豹.工业机器人技术及应用课程建设的探索[J].广东职业技术教育与研究，2017（1）：28-31.
[2]张迪.浅谈虚拟机器人的校本课程开发[J].中国信息技术教育，2017（Z2）：161-163.
【篇4】机器人论文
智能机器人视觉仿生技术研究综述
摘要：机器人视觉仿生技术是机器人视觉控制领域的新热点。本综述在详细分析了灵长类动物眼球运动的形式和特点基础上，对国内外应用生物眼球运动控制机理来构建仿生机器视觉的研究现状、存在的问题及未来发展趋势做了全面综述，并针对目前机器人视觉仿生面临的技术难题，提出了开展视觉仿生研究的新思路和新构想。
Abstract： Robot vision bionic technology is the new hot shot in robot vision control area. In this review， based on a detailed analysis of primate eye movement forms and characteristics， the domestic and international research status of building bionic vision with the biological eye movement control mechanism， the problems and future trends are reviewed comprehensively， and new ideas for the visual bionic research are proposed for the current technical problems of robot vision bionic.
关键词： 视觉仿生;仿生眼;机器人
Key words： bionic vision;bionic eye;robots
中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1006-4311(2013)26-0195-02
0 引言
智能机器人是指：具有感知、识别、推理和决策能力，并且能独立执行任务的机器人。感知和识别技术是智能机器人最为关键的技术。研究最多的是基于视觉传感器的感知技术。比如美国波士顿动力公司研制的Big-Dog、Alpha-Dog、Little-Dog等系列四足机器人，采用立体视觉作为对环境进行识别和感知。意大利IIT大学研制的HyQ[2]机器人能够在复杂地形条件下高速移动，都不同程度地利用视觉实现感知。尽管如此还是满足不了人们对智能“双眼”的追求，假如能给智能机器人配备一双智能双眼，使其能像人类一样感知和获取环境信息、快速准确地切换视眼和跟踪目标，是人类对智能机器人梦寐以求的愿望。为此，人们采用多种基于计算机视觉的方法和手段来构建初步具备“视觉”功能的视觉系统。但目前智能机器人“眼睛”的功能还是比较低级，特别是在双目协调、以及对突然变化或事先未知的运动目标的跟踪、大视野与精确跟踪之间的矛盾以及由于震动引起的视线偏离补偿等方面的问题到目前都没得到很好的解决。近年来，视觉仿生成为前沿交叉学科的研究热点。
由于生物视觉经过千百万年的进化已具有极其发达和完善的内外环境适应能力。根据模拟生物视觉不同的功能表现及不同的应用场合，视觉仿生的研究可归纳为两大方面：一是从视觉感知、认知的角度进行研究;二是从眼球运动、视线控制的角度进行研究。前者国内外都有大量的研究方向和成果，主要研究视觉感知机制模型、信息特征提取和处理机制以及在复杂场景中目标搜索等。而后者是根据人类和其它灵长类动物的眼球运动控制机理来构建智能机器人的“眼睛”，实现生物眼的多种优异功能。
1 人类眼球运动的形式及特点
1.1 扫射与平滑追踪运动
扫射是当双眼自由地看周围环境是，视线很快从一个注视点转向另一个注视点。其潜伏期一般为200～250m/s，速度约为400b/s。Young等最早建立了扫视采样模，输入输出分别为目标位置和眼球位置，Robinson修改了Young的模型，模拟大脑并行处理特性。当前眼位与目标位置之差经过脉冲发生器进入并行通路，经积分器后产生位置信号，与MLF直接通路共同作用于眼球运动装置，产生扫射运动。平滑运动与扫射不同，属于眼球运动速度的连续负反馈系统，两者发生的时间是独立的。当眼球追踪一个运动物体时所发生的运动，使视线平滑地跟踪目标。
1.2 反射性眼球运动
从驱动眼动的动力源来分的话，眼球运动有与注意有关的眼动(如saccades、smooth pursuit、vergence)和与头动相关的眼动(即反射性眼动如VOR 和 OKR)两类。2005 年，Merfeld和 Ramat 分析了利用仿生机器人 iCub robot 对两种常见的 VOR 模型进行了模拟实验，分析了小脑在自适应特性及图像稳定中的重要作用。2007年Ojima指出，生物眼球运动具有典型的自适应控制机制，能够根据环境变化立即做出相应的变化和适当的响应，受此启发，提出一种非线性耦合神经振荡器网络模型及空间-时间学习算法，获得了平滑追踪中指令信号与运动增益及相位滞后的关系，建立的平滑追踪VOR 复合模型，改善了目标跟踪特性。
1.3 注视转移中头眼协调运动
2009 年后，人们提出了头眼协调运动的最优控制方法，运用最优控制理论研究了头眼运动与注视转移的关系，提出头眼运动最小贡献力为准则的最优控制方法，并转化为求解两点边值问题的微分方程组，仿真结果印证了“头、眼分别受控制于不同的控制器”的结论。但该研究提出的模型不具备生物的自学习机能，在此基础上提出了一种自学习最优控制模型，在注视转移过程中自适应调整控制器参数，对于再现生物头眼协调特性更近了一步。通过分析视觉重定位中头、眼运动的实验数据，提出建立头眼协调运动模型还须考虑一些尚未解决的问题。进一步研究导致这些现象的神经机制，才能揭示各运动子系统之间相互协调的本质。
1.4 固视微动
人眼在注视静止目标时，眼球仍处于高频率无意识的振动之中，一旦振动停止，成像就会变得模糊，这种振动保证了图像的获取质量。人眼的微动机制启发人们去模拟眼球振动来改善图像质量。当人眼凝视静止物体时，眼球自身的震颤(固视微动)具有突出物体边缘的作用且包含深度信息。东京工业大学张晓琳先后建立了单眼和双眼的水平眼球微动控制系统的模型，使眼球微动模型可以用于机器人眼的设计制造和控制上，并在此基础上制作了一对具有与双眼微动控制系统模型相同的机器人眼实验模型。事实上，生物眼球运动在大多数情况下是包含上述多种运动成分的复合运动。此外，人们还研究了眼球运动系统中神经积分器的作用、眼球运动的脑干控制机理，眼球运动与感知，以及眼球-头颈的运动学和动力学特性等，仿生眼的研究在国外成为前沿研究热点。 2 仿生视觉面临的问题及对策
目前机器人眼的研究多是基于工学方法，利用左右摄像机获得目标图像分别进行处理，左右眼和头颈缺乏协调联动机制，在双目、头眼协调运动、视线偏离补偿、不确定目标追踪等方面存在诸多技术障碍，采用仿生技术是寻求解决这些问题的重要途径。
2.1 建立完善的仿生眼模型
基于国外生理学研究成果，采用工程仿生学和控制理论相结合的方法，将视觉控制生理模型转化为工程技术模型，实现生物视觉的优异性能，从根本上解决机器视觉面临的技术难题，是智能机器人研究的重要方向。目前文献中的仿生眼模型只模拟了人眼的一种或两种运动，且多为单眼或双眼一维水平运动。普遍采用扫视与平滑追踪分离的机制，难以同时实现多种眼球运动。进一步研究各种眼球运动之间的内部关联与神经机理，建立多自由度非线性仿生双眼运动模型，同时实现扫视、平滑追踪、异向运动和反射运动等多种眼球运动，尚需进行大量的研究。
2.2 引入生物神经控制机理
当进行大幅度视线转移时，机器人的关节冗余需要有效地协调头部和双目的运动。目前提出的头眼协调运动系统及学习算法多是基于水平方向的二维头眼系统，虽有学者提出3D头眼协调运动控制算法，但采用的是先双目聚焦，再转动头部，后做眼睛补偿的“分时”“分段”执行方法，并未真正实现头眼同时转向目标中的协调控制。目前3D头眼协调运动仍是一项有待突破的技术难关。从生物头眼协调运动中获取灵感，研究灵长类动物头、眼和身体协调组合完成视线转移的神经控制机理，设计双目头颈协调运动控制算法，解决机器人3D头眼协调控制问题不失为一条重要的研究途径。
2.3 研究人眼跟踪目标的机理
机器人“眼”的重要功能之一是视觉跟踪，目前常采用视觉伺服反馈控制的方法，但对于突然、快速变化以及行踪无常的目标，常出现目标丢失、跟踪失败的现象。人眼在跟踪变化无常的目标中表现出的非凡才能源于其视觉系统中眼球快速扫视和慢速平稳追随之间的协调配合和实时切换。深入研究人类眼球运动模式自动切换快速准确跟踪目标的神经生理机制，将视觉跟踪中扫视(saccade事件驱动)和平稳追随(smooth pursuit，速度连续驱动)模式的切换看作混杂系统的自适应最优控制问题加以研究，以期解决随意性运动目标跟踪的快速性和准确性问题。其中两种模式之间的最佳切换时机和预测算法是研究的关键技术。
2.4 模拟人类反射性眼球运动机理
机器人在颠簸路段行走或在复杂的非结构化环境中作业时，自身机体振动或姿态发生变化会引起较大的视线偏离。通常采用图像处理(特征提取、目标检测与匹配、空间位置计算等)的方法来调节伺服机械云台，但补偿范围小，图像稳定性差，尚无解决大视线偏离的办法。人眼具有很强的自适应和自调节功能，当头部和身体姿态发生变化或背景动态变化时，仍能清楚地注视和跟踪目标，缘于其前庭动眼反射(VOR)和视动反射(OKR)机能。研究人类反射性眼球运动机理，建立由基于视网膜滑动信息的反馈控制器和基于前庭输入的前馈控制器组成的自适应VOR-OKR模型，主动补偿由机器人姿态本体变化引起的视觉误差，解决机器人大范围视觉偏差补偿问题。
3 结论
机器人的视觉技术是机器人的共性技术，也是一项关键技术。仿生型机器人眼运动控制系统使机器人眼具备人眼的诸多特殊自然功能，将其投入机器人产业应用将开创仿生学在机器人技术领域崭新的应用前景。
参考文献：
[1]Erkelens CJ.A dual visual-local feedback model of the vergence eye movement system[J].Journal of Vision，2011，11(10)：21：1-14.
[2]毛晓波.仿生机器眼运动系统建模与控制研究[D].郑州：郑州大学，2011.
[3]Robinson DA.Models of the saccadic eye control system[J].Kybernetik，1973，14(2)：71-83.
【篇5】机器人论文
《测量机器人应用与进展》
摘要：本文首先概括了测量机器人的发展历史和特点，结合实际工程实践，对测量机器人实际应用进行了较深入详细的论述，最后测量机器人的发展方向进行了展望。
关键字：测量机器人;发展现状;发展趋势
1引言
随着我国各项建设的快速发展，各种大型工程项目的建设和大型工程建筑物越来越多,因此，对大型工程建筑物进行变形和稳定性监测就愈加重要，有关变形监测的方法随着新仪器、新技术的出现而不断发展。测量机器人(Measurementrobot，或称测地机器人，Georobot)就是一种能代替人进行自动搜索、跟踪、辨识和精确照准目标并获取角度、距离、三维坐标以及影像等信息的智能型电子全站仪，它可以连续跟踪目标测量，或按照已经设定的程序自动重复测量多个目标可以实现测量的全自动化、智能化。尤其在小尺度局部坐标测量当中，测量精度高、灵活机动、快速便捷、无接触等方面，有着其它测量技术不可比拟的优势。本文概要介绍测量机器人发展和应用。
2测量机器人发展
测量机器人是在电子经纬仪和红外测距仪的基础上发展而来的，其研究与发展大致可以分为三个阶段：
20世纪70年代中期到80年代中期，电子经纬仪和红外测距仪已走向成熟，并得到迅速推广和应用，但存在生产成本高、劳动强度大、非自动化等缺点。为提高生产效率，一些研究机构和厂家进行了大量的研究和实验，1983年，H.Kahmen教授领导的课题组成功研制出由视觉经纬仪改制而成的组合式测量机器人，用于煤矿的边坡监测，可同时自动检测几百个变形目标点，但其集成度不高，精度较低。
20世纪80年代中期到90年代中期是测量机器人的逐步发展期，Leica公司推出了多种系列测量机器人，它除集成了电子经纬仪、步进马达、红外测距仪、CCD传感器、微处理器和存储器以外，最主要的是采用了自动目标识别技术，实现了普通棱镜的长距离的自动识别与精确照准，使测量机器人迅速从室内的工业测量走向了野外工程测量。
20世纪90年代以来则是测量机器人全面应用与发展的年代。测量机器人配套了测量软件系统，并可提供全面的二次开发工具和方法，基于测量机器人的各种应用与开发在世界范围内得到了迅速的发展和推广。
3测量机器人的特点
测量机器人具有无人值守，全自动(定时或连续)长期监测，监测精度高，时处理，可靠性高等特点。测量机器人主要计算机与全站仪的通讯模块、学习测量模块、自动测量模块和成果输出模块等几部分构成。计算机与全站仪的通讯模块是实现测量自动化的一个最基本的功能模块，它的主要功能是解决计算机与全站仪之间的双向数据通讯，人工操作计算机来向仪器发出指令，仪器执行相应的操作后返回给计算机一些相应的信息，从而来完成整个通讯过程。学习测量模块使测量机器人根据已有的数据，使其具有记忆的功能，将测量原始数据存储，并在以后的自动测量中调用数据来进行自动化的重复观测，得到不同时刻观测点的三维坐标信息，该模块为以后的自动测量模块提供了基础数据。自动测量模块功能主要是根据用户的设定，根据学习测量的数据，定时对特定点位进行自动观测，自动存储测量成果，包括原始数据和经过差分改正后的数据，从而得到不同变形点位的变形数据，经过多期观测值的累积同首期观测值之间的比较差值就可以得到不同点在不同周期下的变形趋势。成果输出模块可以提供变形量报表、不同周期的变形量趋势图等资料，使得变形成果资料更加生动和能够满足不同用户的需求。
4测量机器人的应用
利用测量机器人自动跟踪目标、时时测量的特点，在测绘工程和工业测量中等均有重要应用。
边坡(包括自然边坡和人工边坡)因受地质产状、岩性、地质构造、水、人工扰动和地震等因素的综合影响，造成边坡失稳，从而产生滑坡、崩坍、变形失稳、泥石流、塌陷等地质灾害，这些地质灾害是目前安全生产的最大隐患，目前广东、四川等一些雨水较多的省份已经利用测量机器人成功对边坡进行有效和精确的变形监测。
在道路路基施工和路面施工中，利用测量机器人时时跟踪测量的优势，可以随时得到施工点的平面位置和施工标高，而知道该点的设计标高，就可以得到该点处的填挖高度，从而使道路施工的动态控制成为可能。大大提高施工效率和精度，减轻测�咳嗽钡睦投慷龋�实现了道路测量与施工的自动化、一体化、程序化。
测量机器人己经成为大跨度桥梁施工过程中进行施工监测和控制的主要工具。在大跨度桥梁结构施工过程中，由于桥梁结构的空间位置随施工进展不断发生变化，要经历一个漫长和多次的体系转换过程，若同时考虑到施工过程中结构自重、施工荷载以及混凝土材料的收缩、徐变、材质特性的不稳定性和周围环境温度变换等因素的影响，使得施工过程中桥梁结构各个施工阶段的变形不断发生变化，这些因素均将在不同程度上影响成桥目标的实现，并可能导致桥梁合拢困难、成桥线形与设计要求不符等问题。所以在其施工阶段就需要对桥梁施工过程进行监控，除保证施工质量和安全外，同时也为桥梁的长期健康监测与运营阶段的维护管理留下宝贵的参数资料。
在地铁隧道变形监测中，通过自动化测量机器人监测设备系统，把在外力作用下地铁隧道变化数据传送至控制器或仪器内，通过处理软件，计算断面收敛量，再通过互联网及远程通讯系统，使有关各方随时掌握地铁隧道收敛情况和规律，可有效保障地铁的安全运行。
跨断层连续变形监测，断层形变与地震的孕育过程直接相管，用本系统作跨断层高精度测距和变形监测可望作为短临地震预报的一种新的研究和预报手段，为防震减灾作出贡献。测量机器人的多目标、高精度、、全自动、实时数据处理、自动报警等全部优异性能,在这里可以得到充分的发挥，再与其他短临预报手段配合，有可能取得积极成果。
测量机器人系统也可广泛应用于航空、航天、汽车、造船等部门的工业测量和变形观测。如在容量计量领域，可用于船舶液舱或其它大容量量器的内部三维坐标点的自动测量与数据处理。
5、国内测量机器人应用现状
我国国内测量机器人的引进方面与国际几乎同步，但由于经济和缺乏前期研究等方面的原因，其工程应用略落后于国外，随着国内经济的飞速发展以及大规模工程建设的需要，国内购买测量机器人的单位日益增多，但其应用状况和使用效果有待改善。主要表现在以下两个方面：
1、测量机器人国外配套软件价格较高，且不符合中国国家规范或行业作业标准，很多单位仅购买测量机器人，没有购买相应软件，测量机器人不能发挥最大优势。因此研究开发符合中国国情的测量机器人通用系列化自主软件是目前国内的迫切需要，有较广阔的应用前景和发展空间。
2、虽然测量机器人工程应用日益广泛，应用领域也在不断扩展，但由于测量机器人的出现时间较短，我国现行的国家规范或行业标准中相关测量机器人应用的参照条款较少或比较落后。因此对测量机器人自动化测量的作业方法、流程、质量控制、成果管理、精度分析等方面要进行系统性的研究，并得出有益的结论，设立规范或标准，对工程生产有重要的指导意义。
6、测量机器人发展趋势
测量机器人自进入全面应用与发展期以来，其应用研究已比较深入和成熟，但各科研机构和厂家对测量机器人的基础研究并没有停止，生产厂家对测量机器人产品也在不断进行革新和改进。展望21世纪，测量机器人将在以下方面得到显著发展。
测量机器人将作为多传感器集成系统在人工智能方面得到进一步发展，其应用范围将进一步扩大，影像、图形和数据处理方面的能力进一步增强。未来的测量机器人不需要合作目标，将可根据物体的特征点、纹理、轮廓线，用影像处理的方法进行自动识别、匹配和照准目标，采用空间前方交汇的原理获取物体的三维坐标及形状。测量机器人将与GPS、GIS技术集成，成为快速获取被测物体信息的重要仪器。多传感器集成系统及混合测量系统的应用范围将进一步扩大，可望在大区域范围内进行无控制网的各种测量工作。
7结束语
测量机器人技术是近年来发展起来的自动化测量技术,在各种工程监测、地震、地灾等方面具有高效、快速、省时省力等诸多优势,是测绘行业发展的一个热点方向。再加之具有完备的数据处理软件功能,经实践证明,测量机器人的发展和应用前景是非常广阔的。
参考文献：
[1]梅文胜,张正禄,黄全义.测量机器人在变形监测中的应用研究.2002(5).
[2]张正禄.测量机器人介绍.2005(5).
[3]张正禄.工程测量学的研究发展方向.2003(6).
【篇6】机器人论文
摘要：针对隧道巡检机器人巡检过程中环境密闭、强磁干扰、长距离传输、信号延迟、通信不稳定等问题设计了隧道巡检机器人通信系统，分别从网络通信及内部通信两方面设计了基于Labview的软件控制的网桥通信、以太网络通信与串口通信结合的隧道巡检机器人通信系统。有效解决了隧道巡检环境干扰问题，使通信更加快速，信号更加稳定，保障了隧道巡检机器人巡检过程信息交互的稳定与可靠。
关键词：隧道巡检机器人;通信系统;网络通信
中图分类号：TP242 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2020）04-0000-00
0引言
随着经济的发展，电缆发生故障引发的事故的几率也在相应地增加，为了保障电力电缆在地下隧道内的稳定安全运行，隧道巡检机器人孕育而生[2]。隧道巡检机器人具有可长时间不间断工作，保证了巡检过程中的实时可靠性，复杂环境中适用性等。隧道巡检机器人在进行巡检时需要与外界搭建可靠的通信，由于隧道区域空间狭小，存在拐角和岔口，加上内部有大量的电力电缆，构成了一种闭域空间环境，这些都将给隧道巡检机器人的通信带来严重困难，因此有必要对隧道巡检机器人的通信系统进行设计[1]。
1通信系统整体设计
通信系统分为网络通信和内部通信，其中网络通信为了避免因直角弯产生的信号延迟等问题，主要由两个部分组成分别为有线、无线传输[3]。有线传输部分与信号中继相连接，被放入井下的隧道巡检机器人携带中继模块。其中中继模块通过网桥无线发射和接受相应指令;内部通信即本体携带的控制单元与驱动器、传感器等装置的信号通信。
由于隧道巡检系统的硬件结构可分为三层：上层-上位机、中层-微控制器、下层-用于执行的驱动单元和用于反馈的采集单元。因此隧道巡检机器人的通信系统流程图如图1所示，上层上位机与中层微控制器通过网络通信完成指令的传输及相应处理;中层微控制器与下层单元选用串口通信方式完成信息交互[4]。
2网络通信设计
通信系统中运用网络通信传输者着上层上位机和中层微控制器之间的指令，同时负责与机器人所携带的摄像头之间的画面反馈工作。因为隧道空间密闭同时存在强磁干扰，所以需要传输距离较长并且稳定的信号传输，为稳定完成通信任务，实现较长距离信号传输，为实现对机器人动作位置调整和实时监控等功能，设计了以网桥为中继的网络通信模式[6]。
网桥可以在较长的距离上正常工作，其主要在数据链路层工作，连接LAN的方法是不同的MAC地址發送帧[5]。由于考虑到在网络通信的过程中会有障碍物出现的可能，为降低对信号的影响将中继单元（网桥）放置在隧道内，与上位机的连接由于不需要移动所以选用了有线传输更加稳定。传输网桥有2.4G和5.8G两种型号传输方式，由于5.8G传输距离长、传输速率块、传输稳定等优势选用5.8G网桥进行信号传输。
上位机和微控制器及上位机和摄像头之间为单独通信，因为与上位机间的通信都需要通过双绞线形式进行连接并且在于机器人内部，并且稳定性能要求高，所以选择国电龙源电气路由器搭建网络，即能接入控制器进行指令传输，也能连接摄像头增加控制灵活性。具体参数如表1所示。
3串口通信设计
中层的微控制器与下层的电机及三个驱动器之间的信号通信采用的是串口通信模式，因为RS232应用简便、成本较低、通信质量稳定、应用领域广泛等特点所以设计选用了RS232串口协议通信方式。
RS232串行接口主要用于完成中层微控制器与下层部分模块之间的通信，选用的中层的微控制器与下层的驱动器上均有可以用于进行RS232通信的DB9串行接口。组网时应在发送线与地线之间连接一个10kΩ的电阻，为保障工作电路和驱动器的安全。通过对三个驱动器的组网方法就可以实现机器人各个电机之间的联动控制，实现灵活操作控制。
4结论
本文完成了基于Labview的软件控制的5.8GHz的外部网桥通信、以太网络通讯与RS232串口通信结合的隧道巡检机器人巡检系统的通信系统设计。此通信系统可以保证网络传输的快速可靠，有效降低隧道内的强磁干扰。
参考文献
[1]姜芸，付庄.一种小型电缆隧道检测机器人设计[J].华东电力，2009，37（1）：95-97.
[2]李忠友，刘元雪，陈小良，等.隧道火灾研究现状与展望[J].地下空间与工程学报，2010，06（a02）：1755-1760.
[3]NodaS，UedaK.Firedetectionintunnelsusinganimageprocessingmethod[C].VehicleNavigationandInformationSystemsConference，1994.Proceedings.IEEE，1994：57-62.
[4]谢振宇.电缆隧道综合检测机器人控制系统研究[D].上海交通大学，2008.2
[5]赵亮，冯林，吴振宇，等.基于FPGA的小型机器人无线通信系统[J].计算机工程，2010，36（13）：251-253.
[6]李向东，厉秉强.基于巡检机器人的通信控制系统设计与分析[J].山东电力技术，2005（6）：3-7.
【篇7】机器人论文
摘要随着社会经济发展，机器人开始被广泛应用于各行各业中，替工人进行一些复杂、繁重的体力劳动。目前，机器人是一种制造业与自动化设备中的典型代表，这将会是人造机器的“终极”版。它的应用已经涉及信息化、自动化、智能化、传感器与知识化等多个学科和领域，这是目前，是我国乃至世界高新技术成果的最佳集成，因此，它的发展是与许多学科的发展有着密切的联系。以现在的发展趋势来看，工业机器人的应用范围越来越广泛，同时在技术操作中，他也变得越来越标准化、规范化，提高工业机器人的安全性。另一方面，工业机器人发展越来越微型化、智能化，在人类生活中应用越来越广泛。
关键词工业机器人智能化应用领域安全性
随着社会复杂的需求，工业机器人在应用领域中越来越广泛。一方面，工业机器人被广泛应用于工业生产中，代替工人危险、复杂、单调的长时间的作业，例如在机械加工、压力铸造、塑料制品成形及金属制品业等各种工序上，同时还应用于原子能工业等高危险的部门，这已经在发达国家中应用比较广泛。另一方面，工业机器人在其他的领域应用也比较多，随着科学技术的飞速发展，提高了工业机器人的使用性能和安全性能，其应用的范围越来越广泛，应用的范围已经突破了工业，尤其在医疗业中应用比较好。
一、工业机器人的发展历程
第一代机器人，一般指工业上大量使用的可编程机器人及遥控操作机。可编程机器人可根据操作人员所编程序完成一些简单重复性作业。遥控操作机制每一步动作都要靠操作人员发出。1982年，美国通用汽车公司在装配线上为机器人装备了视觉系统，从而宣告了第二代机器人―感知机器人的问世。这代机器人，带有外部传感器，可进行离线编程。能在传感系统支持下，具有不同程度感知环境并自行修正程序的功能。第三代机器人为自治机器人，正在各国研制和发展。它不但具有感知功能，还具有一定决策和规划能力。能根据人的命令或按照所处环境自行做出决策规划动作即按任务编程。
我国机器人研究工作起步较晚，从“七五”开始国家投入资金，对工业机器及其零部件进行攻关，完成了示教再现式工业机器人成套技术的开发和研制。1986年国家高技术研究发展计划开始实施，智能机器人主题跟踪世界机器人技术的前沿，经过几年的研究，取得了一大批科研成果，成功地研制出了一批特种机器人。
我国工业机器人起步于70年代初期，经过30多年的发展，大致经历了3个阶段：70年代的萌芽期，80年代的开发期和90年代的适用化期。
上世纪70年代是世界科技发展的一个里程碑：人类登上了月球，实现了金星、火星的软着陆。我国也发射了人造卫星。世界上工业机器人应用掀起一个高潮，尤其在日本发展更为迅猛，它补充了日益短缺的劳动力。在这种背景下，我国于1972年开始研制自己的工业机器人。
进入80年代后，在高技术浪潮的冲击下，随着改革开放的不断深入，我国机器人技术的开发与研究得到了政府的重视与支持。“七五”期间，国家投入资金，对工业机器人及其零部件进行攻关，完成了示教再现式工业机器人成套技术的开发，研制出了喷涂、点焊、弧焊和搬运机器人。1986年国家高技术研究发展计划(863计划)开始实施，智能机器人主题跟踪世界机器人技术的前沿，经过几年的研究，取得了一大批科研成果，成功地研制出了一批特种机器人。
从90年代初期起，中国的国民经济进入实现两个根本转变时期，掀起了新一轮的经济体制改革和技术进步热潮，我国的工业机器人又在实践中迈进一大步，先后研制出了点焊、弧焊、装配、喷漆、切割、搬运、包装码垛等各种用途的工业机器人，并实施了一批机器人应用工程，形成了一批机器人产业化基地，为我国机器人产业的腾飞奠定了基础。
我国工业机器人经过“七五”攻关计划、“九五”攻关计划和863计划的支持已经取得了较大进展，工业机器人市场也已经成熟，应用上已经遍及各行各业。
我国未来工业机器人技术发展的重点有：第一，危险、恶劣环境作业机器人：主要有防暴、高压带电清扫、星球检测、油汽管道等机器人;第二，医用机器人：主要有脑外科手术辅助机器人，遥控操作辅助正骨等;第三，仿生机器人：主要有移动机器人，网络遥控操作机器人等。其发展趋势是智能化、低成本、高可靠性和易于集成。
二、工业机器人的发展趋势
机器人是先进制造技术和自动化装备的典型代表，是人造机器的“终极”形式。它涉及到机械、电子、自动控制、计算机、人工智能、传感器、通讯与网络等多个学科和领域，是多种高新技术发展成果的综合集成，因此它的发展与众多学科发展密切相关。当今工业机器人的发展趋势主要有：一是工业机器人性能不断提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修)，而单机价格不断下降。二是机械结构向模块化可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化;有关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人。三是工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化，网络化;器件集成度提高，控制柜日渐小巧，采用模块化结构，大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。四是机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，视觉、力觉、声觉、触觉等多传感器的融合技术在产品化系统中已有成熟应用。五是机器人化机械开始兴起。从94年美国开发出“虚拟轴机床”以来这种新型装置已成为国际研究的热点之一，纷纷探索开拓其实际应用的领域。
总体趋势是，从狭义的机器人概念向广义的机器人技术概念转移，从工业机器人产业向解决方案业务的机器人技术产业发展。机器人技术的内涵已变为灵活应用机器人技术的、具有实际动作功能的智能化系统。机器人结构越来越灵巧，控制系统愈来愈小，其智能也越来越高，并正朝着一体化方向发展。
三、我国工业机器人发展面临的挑战与前景
我国工业底子薄，工业机器人发展一直处于一个初步发展阶段，虽然我国从上个世纪70年代开始研发工业机器人，但是技术力量不足与西方国家的技术封锁，对此，在发展过程中，存在着比较多的问题。细分起来，有如下几点：
首先，我国基础零部件制造能力差。虽然我国在相关零部件方面有了一定的基础，但是无论从质量、产品系列全面，还是批量化供给方面都与国外存在较大的差距。特别是在高性能交流伺服电机和精密减速器方面的差距尤其明显，因此造成关键零部件的进口，影响了我国机器人的价格竞争力。
第二，我国的机器人还没有形成自己的品牌。虽然已经拥有一批企业从事机器人的开发，但是都没有形成较大的规模，缺乏市场的品牌认知度，在机器人市场方面一直面临国外机器人品牌的打压。国外机器人作为成熟的产业采用整机降价，吸引国内企业购买，而在后续的维护备件费用很高的策略，逐步占领中国市场。
第三，认识不到位，在鼓励工业机器人产品方面的政策少。工业机器人的制造及应用水平，代表了一个国家的制造业水平，我们必须从国家高度认识发展中国工业机器人产业的重要性，这是我国从制造大国向制造强国转变的重要手段和途径。□
参考文献：
[1]任俊.面向熔射快速制模的机器人辅助曲面自动抛光系统的研究.华中科技大学，2006年.
[2]钟新华，蔡自兴，邹小兵.移动机器人运动控制系统设计及控制算法研究.华中科技大学学报(自然科学版)，2004年S1期.
[3]张中英.基于遗传算法的机器人神经网络控制系统.太原理工大学，2005年.
[4]李磊，叶涛，谭民，陈细军.移动机器人技术研究现状与未来.机器人，2002年05期.
[5]杜玉红，李修仁.生产线组装单元气动搬运机械手的设计.液压与气动，2006年05期.
[6]徐晓峰.基于串行通信技术的机器人实时控制研究.南京林业大学，2005年.
【篇8】机器人论文
摘要：本文首先概括了测量机器人的发展历史和特点，结合实际工程实践，对测量机器人实际应用进行了较深入详细的论述，最后测量机器人的发展方向进行了展望。
关键字：测量机器人;发展现状;发展趋势
1引言
随着我国各项建设的快速发展，各种大型工程项目的建设和大型工程建筑物越来越多,因此，对大型工程建筑物进行变形和稳定性监测就愈加重要，有关变形监测的方法随着新仪器、新技术的出现而不断发展。测量机器人(Measurementrobot，或称测地机器人，Georobot)就是一种能代替人进行自动搜索、跟踪、辨识和精确照准目标并获取角度、距离、三维坐标以及影像等信息的智能型电子全站仪，它可以连续跟踪目标测量，或按照已经设定的程序自动重复测量多个目标可以实现测量的全自动化、智能化。尤其在小尺度局部坐标测量当中，测量精度高、灵活机动、快速便捷、无接触等方面，有着其它测量技术不可比拟的优势。本文概要介绍测量机器人发展和应用。
2测量机器人发展
测量机器人是在电子经纬仪和红外测距仪的基础上发展而来的，其研究与发展大致可以分为三个阶段：
20世纪70年代中期到80年代中期，电子经纬仪和红外测距仪已走向成熟，并得到迅速推广和应用，但存在生产成本高、劳动强度大、非自动化等缺点。为提高生产效率，一些研究机构和厂家进行了大量的研究和实验，1983年，H.Kahmen教授领导的课题组成功研制出由视觉经纬仪改制而成的组合式测量机器人，用于煤矿的边坡监测，可同时自动检测几百个变形目标点，但其集成度不高，精度较低。
20世纪80年代中期到90年代中期是测量机器人的逐步发展期，Leica公司推出了多种系列测量机器人，它除集成了电子经纬仪、步进马达、红外测距仪、CCD传感器、微处理器和存储器以外，最主要的是采用了自动目标识别技术，实现了普通棱镜的长距离的自动识别与精确照准，使测量机器人迅速从室内的工业测量走向了野外工程测量。
20世纪90年代以来则是测量机器人全面应用与发展的年代。测量机器人配套了测量软件系统，并可提供全面的二次开发工具和方法，基于测量机器人的各种应用与开发在世界范围内得到了迅速的发展和推广。
3测量机器人的特点
测量机器人具有无人值守，全自动(定时或连续)长期监测，监测精度高，时处理，可靠性高等特点。测量机器人主要计算机与全站仪的通讯模块、学习测量模块、自动测量模块和成果输出模块等几部分构成。计算机与全站仪的通讯模块是实现测量自动化的一个最基本的功能模块，它的主要功能是解决计算机与全站仪之间的双向数据通讯，人工操作计算机来向仪器发出指令，仪器执行相应的操作后返回给计算机一些相应的信息，从而来完成整个通讯过程。学习测量模块使测量机器人根据已有的数据，使其具有记忆的功能，将测量原始数据存储，并在以后的自动测量中调用数据来进行自动化的重复观测，得到不同时刻观测点的三维坐标信息，该模块为以后的自动测量模块提供了基础数据。自动测量模块功能主要是根据用户的设定，根据学习测量的数据，定时对特定点位进行自动观测，自动存储测量成果，包括原始数据和经过差分改正后的数据，从而得到不同变形点位的变形数据，经过多期观测值的累积同首期观测值之间的比较差值就可以得到不同点在不同周期下的变形趋势。成果输出模块可以提供变形量报表、不同周期的变形量趋势图等资料，使得变形成果资料更加生动和能够满足不同用户的需求。
4测量机器人的应用
利用测量机器人自动跟踪目标、时时测量的特点，在测绘工程和工业测量中等均有重要应用。
边坡(包括自然边坡和人工边坡)因受地质产状、岩性、地质构造、水、人工扰动和地震等因素的综合影响，造成边坡失稳，从而产生滑坡、崩坍、变形失稳、泥石流、塌陷等地质灾害，这些地质灾害是目前安全生产的最大隐患，目前广东、四川等一些雨水较多的省份已经利用测量机器人成功对边坡进行有效和精确的变形监测。
在道路路基施工和路面施工中，利用测量机器人时时跟踪测量的优势，可以随时得到施工点的平面位置和施工标高，而知道该点的设计标高，就可以得到该点处的填挖高度，从而使道路施工的动态控制成为可能。大大提高施工效率和精度，减轻测�咳嗽钡睦投慷龋�实现了道路测量与施工的自动化、一体化、程序化。
测量机器人己经成为大跨度桥梁施工过程中进行施工监测和控制的主要工具。在大跨度桥梁结构施工过程中，由于桥梁结构的空间位置随施工进展不断发生变化，要经历一个漫长和多次的体系转换过程，若同时考虑到施工过程中结构自重、施工荷载以及混凝土材料的收缩、徐变、材质特性的不稳定性和周围环境温度变换等因素的影响，使得施工过程中桥梁结构各个施工阶段的变形不断发生变化，这些因素均将在不同程度上影响成桥目标的实现，并可能导致桥梁合拢困难、成桥线形与设计要求不符等问题。所以在其施工阶段就需要对桥梁施工过程进行监控，除保证施工质量和安全外，同时也为桥梁的长期健康监测与运营阶段的维护管理留下宝贵的参数资料。
在地铁隧道变形监测中，通过自动化测量机器人监测设备系统，把在外力作用下地铁隧道变化数据传送至控制器或仪器内，通过处理软件，计算断面收敛量，再通过互联网及远程通讯系统，使有关各方随时掌握地铁隧道收敛情况和规律，可有效保障地铁的安全运行。
跨断层连续变形监测，断层形变与地震的孕育过程直接相管，用本系统作跨断层高精度测距和变形监测可望作为短临地震预报的一种新的研究和预报手段，为防震减灾作出贡献。测量机器人的多目标、高精度、、全自动、实时数据处理、自动报警等全部优异性能,在这里可以得到充分的发挥，再与其他短临预报手段配合，有可能取得积极成果。
测量机器人系统也可广泛应用于航空、航天、汽车、造船等部门的工业测量和变形观测。如在容量计量领域，可用于船舶液舱或其它大容量量器的内部三维坐标点的自动测量与数据处理。
5、国内测量机器人应用现状
我国国内测量机器人的引进方面与国际几乎同步，但由于经济和缺乏前期研究等方面的原因，其工程应用略落后于国外，随着国内经济的飞速发展以及大规模工程建设的需要，国内购买测量机器人的单位日益增多，但其应用状况和使用效果有待改善。主要表现在以下两个方面：
1、测量机器人国外配套软件价格较高，且不符合中国国家规范或行业作业标准，很多单位仅购买测量机器人，没有购买相应软件，测量机器人不能发挥最大优势。因此研究开发符合中国国情的测量机器人通用系列化自主软件是目前国内的迫切需要，有较广阔的应用前景和发展空间。
2、虽然测量机器人工程应用日益广泛，应用领域也在不断扩展，但由于测量机器人的出现时间较短，我国现行的国家规范或行业标准中相关测量机器人应用的参照条款较少或比较落后。因此对测量机器人自动化测量的作业方法、流程、质量控制、成果管理、精度分析等方面要进行系统性的研究，并得出有益的结论，设立规范或标准，对工程生产有重要的指导意义。
6、测量机器人发展趋势
测量机器人自进入全面应用与发展期以来，其应用研究已比较深入和成熟，但各科研机构和厂家对测量机器人的基础研究并没有停止，生产厂家对测量机器人产品也在不断进行革新和改进。展望21世纪，测量机器人将在以下方面得到显著发展。
测量机器人将作为多传感器集成系统在人工智能方面得到进一步发展，其应用范围将进一步扩大，影像、图形和数据处理方面的能力进一步增强。未来的测量机器人不需要合作目标，将可根据物体的特征点、纹理、轮廓线，用影像处理的方法进行自动识别、匹配和照准目标，采用空间前方交汇的原理获取物体的三维坐标及形状。测量机器人将与GPS、GIS技术集成，成为快速获取被测物体信息的重要仪器。多传感器集成系统及混合测量系统的应用范围将进一步扩大，可望在大区域范围内进行无控制网的各种测量工作。
7结束语
测量机器人技术是近年来发展起来的自动化测量技术,在各种工程监测、地震、地灾等方面具有高效、快速、省时省力等诸多优势,是测绘行业发展的一个热点方向。再加之具有完备的数据处理软件功能,经实践证明,测量机器人的发展和应用前景是非常广阔的。
参考文献：
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[3]张正禄.工程测量学的研究发展方向.2003(6).
【篇9】机器人论文
《论如何在科技馆中开展中小学机器人教育》
[摘要]随着机器人产业的发展,世界各国都认识到,培养机器人设计与操作人才的重要性。因此,纷纷出台政策加强对中小学生的机器人教育。科技馆作为重要的校外教育机构,也有必要在此领域发挥自己的作用。通过分析认为,科技馆的机器人教育应定位于中小学机器人校内教育的补充与提高,提出在建构主义教育理论的指导下,以项目学习的模式,开展机器人俱乐部、夏令营及机器人比赛等形式的中小学生机器人教育。
[关键词]科技馆中小学机器人教育建构主义项目学习
自上世纪50年代以来,随着人工智能技术的迅速发展,机器人产业也发生了日新月异的变化。虽然其初衷是为工业、农业、国防等领域服务,但随着技术的进步及社会需求的发展,它已对普通公众的生活产生了潜移默化的影响,在医疗、教育、娱乐、交通等领域都能看到机器人“身影”,这也使人们愈来愈认识到,培养机器人设计与操作人才对机器人产业发展的重要性。因此,目前很多中小学校和校外机构都开设了机器人教育及培训课程,这对机器人人才储备而言具有重大意义。而作为校外教育不可或缺的一个环节,科技馆在中小学机器人教育体系中理应占据一席之地,发挥出自己的作用。那么,如何发挥呢?笔者认为,应在明确机器人教育的概念、厘清其发展现状的基础上,结合科学教育理论,确定合适的教育模式并加以实施。
一、机器人教育的概念
1920年,当捷克斯洛伐克作家卡雷尔•恰佩克在他的科幻小说《罗萨姆的机器人万能公司》中创造出“机器人(Robot)”这个词的时候,他肯定没料到在近一个世纪之后,其小说中让机器人代替人类劳动的情节已经变成了现实,并且它们还对公众生活产生了巨大的影响。
伴随着“机器人”这个词的诞生,社会各界一直对它的定义争论不已,但是一般说来,人们都可以接受这种说法,即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。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:“一种可编程和多功能的,用来搬运材料、零件、工具的操作机;或是为了执行不同的任务而具有可改变和可编程动作的专门系统。”
那么,什么是“机器人教育”呢?根据目前被广泛采用的彭绍东教授的定义,“机器人教育”就是学习、利用机器人,优化教育效果及师生劳动方式的理论与实践。
彭教授根据机器人在教学中扮演的角色,把机器人教育分为五大类:
(1)机器人学科教学(RobotSubjectInstruction,简称RSI);
(2)机器人辅助教学(Robot―AssistedInstruction,简称RAI);
(3)机器人管理教学(Robot――ManagedInstruction,简称RMI);
(4)机器人代理(师生)事务(Robot―RepresentedRoutine,简称RRR);
(5)机器人主持教学(Robot――DirectedInstruction,简称RDI)。
国内外目前所开展的主要是前两个类型,即机器人学科教学(RSI)和机器人辅助教学(RAI)。前者是指以机器人为对象进行学习,学习的内容是“机器人学科”;而后者指的是以机器人为工具进行学习,学习的内容是“自然科学的各个学科”。由于国内外情况的差异,我国中小学目前所开展的机器人教育以“机器人学科教学”为主,而国外则两种教育类型发展较为平均,并无特殊偏重。
二、国内外中小学机器人教育的现状
在一些发达国家,机器人教育已经成为中小学教育的热点。在美国,一般通过机器人技术课程、机器人辅助教学课程、课外活动及机器人主题夏令营等定期活动来对中小学生进行机器人教育。比如,美国加利福尼亚州高中工程与技术联盟在为高中生开设的工程与技术选修课程中,提供了ROBOTICS课程,主要介绍机器人技术历史,基础,术语,微控制,传感器,程序控制等方面的知识;美国国家自然基金支持的项目“K―12教育中的机器人技术”,目的是帮助K―12教师以及其他教育者开发或改进以机器人作为一种工具,来教授STEM的课程和开发机器人技术课程;印地安那州的Purdue大学与LAFAYETTE学校合作,在5至8年级学生课外活动中开展的ROBOTICS项目;CarnegieMellon大学提供的针对高中生的ROBOCAMP暑期机器人计划,通过八星期的课程,使学生懂得一些基本的与机器人有关的电子,机械和计算机科学知识。
在日本,其机器人产业的发展已经超过了欧美各国,这与他们对机器人教育的高度重视密不可分。他们不光在各个大学设立了机器人研究专业,并且在中小学的教学大纲中也加进了机器人课程。每年定期举办针对不同层次学生的机器人设计和制作大赛,各个学校也会在假期举办机器人研习营,从而形成了一个多角度、全覆盖的机器人教育体系。
此外,英国、俄罗斯、巴西、新加坡等国也早已出台了多项措施推进本国的中小学机器人教育发展。
而我国的中小学机器人教育则起步较晚,且覆盖面较小。2000年,北京景山学校以科研课题的形式将机器人普及教育纳入到信息技术课程中,在国内率先开展了中小学机器人课程教学。2001年,上海市西南位育中学、卢湾高级中学等学校开始以“校本课程”的形式进行机器人活动进课堂的探索和尝试。2005年,哈尔滨市正式将机器人引入课堂教学,在哈尔滨师大附小、60中、省实验中学等41所学校开设了“人工智能与机器人”课程,用必修课形式对中小学生进行机器人科学方面的教育。
除了这些进行正规课堂教学的学校外,有些中小学则采用兴趣班、培训班的形式开展机器人教育。
庆幸的是,我国政府已经意识到中小学机器人教育的重要性,并在“课标”中有所体现。如教育部在2003年4月正式颁布的《普通高中技术课程(实验)标准》中,首次在“通用技术”科目中设立了“简易机器人制作”模块,它是基于计算机技术的学习的平台、将机械传动与单片机的应用有机组合的一个选修课程模块。现在,新的高中课程标准在“信息技术”科目中也已设立了“人工智能初步”选修模块,这是我国高中阶段开展人工智能教育迈出的第一步。
不过值得注意的是,在我国中小学机器人教育体系中,科技馆所占比例几可忽略。我们认为作为青少年科普的重要阵地,科技馆理应在中小学机器人教育中发挥更大的作用。
三、科技馆与中小学机器人教育
1.科技馆在中小学机器人教育中的定位
作为校外科普机构,科技馆不可能将完成“课标”为己任,而是应定位于中小学机器人校内教育的补充与提高。就中国的情况而言,我们认为,补充的内容应该是校内教育极少涉及的机器人辅助教学(RAI),而提高的内容是校内教育已有一定基础的机器人学科教学(RSI)。
2.科技馆在中小学机器人教育中可采用的指导理论
在杜威“做中学”、皮亚杰的“发生认识论”以及维果斯基“心理发展的文化历史学说”基础上发展起来的建构主义教育理论(本文的讨论范围不包括激进的建构主义〈radicalconstructionism〉),近年来已经在科学教育领域中产生了巨大影响。
建构主义认为,世界是客观存在的,但世界的意义却是由人建构的。它强调知识的动态发展性,并认为知识不是通过教师传授得到的,而是学习者在一定的情境(即社会文化背景下),借助其他人(包括教师和学习伙伴)的帮助,利用必要的学习资料,通过意义建构的方式而获得。由于学习是在一定的情境(即社会文化背景下),借助其他人的帮助(即通过人际间的协作活动)而实现的意义建构过程,因此建构主义学习理论认为“情境”、“协作”、“交流”和“意义建构”是学习环境中的四大要素。
在学习过程中,学习者处于中心地位,是信息加工的主体,要主动对意义进行建构;而教师则是意义建构的帮助者,而非知识的灌输者。故在此理念下,整个学习过程中,学生要充分发挥自己的主动性,使用探究的方式,以自己已有的知识和经验为基础,努力构建属于自己的新知识;他们需要主动搜集、分析相关信息、资料,并对要学习的问题提出假设并加以验证。而教师的任务则是激发学生的学习兴趣,创设符合学习内容的情境,提示新旧知识之间联系,引导学生之间的协作、对话,从而帮助学生完成新知识的构建。
建构主义教育理论与科技馆教育的教育特点非常契合。因为“科技馆教育的本质特点在于它模拟再现了科研和生产活动的实践过程,并且不是简单地模拟再现,而是以学习为目的、经过改造的模拟再现,创造了引导观众进入探索与发现科学过程的条件。科技馆提供的‘从实践中学习’的途径不仅成为它与其他教育、传播机构及传统博物馆的最大区别,而且是科技馆生存与发展的价值所在。”也就是说,科技馆的教育需要创设学习情境,引导观众自己进行意义建构,并且在此过程中,可能伴有观众与科技馆员工或观众之间的交流,这恰恰正是一个完整的建构主义者所提倡的教育过程。
3.科技馆在中小学机器人教育中可采用的模式
1918年,著名教育学家克伯屈(WilliamHeardKilpatrick)在他名为《项目(设计)教学法:在教育过程中有目的活动的应用》的文章中,首次提出了“项目学习(Project-basedLearning)”的概念,用以说明有目的的设计行为对教育的重要性及其在教育过程中的应用。它让“学生自己计划、运用已有的知识经验,通过自己的操作,在具体的情境中解决实际问题”。它是“一套能使教师指导儿童对真实世界进行深入研究的课程活动,它在真实世界中让学生借助多种资源开展探究活动,并在一定时间内解决一系列相互关联着的问题的一种新型的探究性的学习,具体表现为构想、验证、完善、制造出某种东西,它可以是有形的由学生制作的物体,如书、剧本或一项发明等。”20世纪二三十年代,项目教学法已经在美国一些学校的低年级中得到了运用,到20世纪八九十年代,则在广大中小学中得到了普遍推广。
我们认为,项目学习法正是在科技馆中进行机器人教育所可以采用的模式。不论是机器人学科教学(RSI),还是机器人辅助教学(RAI),都可以项目学习的模式开展。而可采用的活动形式有机器人俱乐部、夏令营、机器人比赛等。
选定项目后,就需要组织学生对主题的探究活动。这一阶段一般都以学习小组或团队的形式进行。学生首先要对项目的主题进行调查、讨论,提出解决问题的假设;然后收集相关信息,对它们进行处理和分析,再验证或推翻之前的假设,最终得出问题的解决方案。在整个探究过程中,为有利于学生自我知识的建构,应对他们的一切探索和决定都持鼓励态度,而毋须规定出唯一正确的答案。
四、结论
科技馆作为重要的校外教育机构,也有必要在此领域发挥自己的作用。本文通过分析认为,科技馆的机器人教育应定位于中小学机器人校内教育的补充与提高,补充的内容应该是校内教育极少涉及的机器人辅助教学(RAI),而提高的内容是校内教育已有一定基础的机器人学科教学(RSI)。具体应在建构主义教育理论的指导下,以项目学习的模式,开展机器人俱乐部、夏令营及机器人比赛等形式的中小学生机器人教育。
参考文献:
[1]彭绍东.论机器人教育(上)[J].电化教育研究,2002,(6):4.
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[4]刘文利.学校科学教育需要科技馆积极支持[J].中国教育学刊,2008,(3):45.
[5]杨洁.多元智能理论视野下的项目学习[D].2004.5.
【篇10】机器人论文
【摘要】文章介绍了机器人的定义，阐述了智能机器人研究领域的关键技术，最后展望了智能机器人今后的发展趋势。
【关键词】智能机器人;信息融合;智能控制
一、机器人的定义
自机器人问世以来，人们就很难对机器人下一个准确的定义，欧美国家认为机器人应该是“由计算机控制的通过编程具有可以变更的多功能的自动机械”;日本学者认为“机器人就是任何高级的自动机械”，我国科学家对机器人的定义是：“机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器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、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器。”目前国际上对机器人的概念已经渐趋一致，联合国标准化组织采纳了美国机器人协会(RIA：RobotInstituteofAmerica)于1979年给机器人下的定义：“一种可编程和多功能的，用来搬运材料、零件、工具的操作机;或是为了执行不同的任务而具有可改变和可编程动作的专门系统。”概括说来，机器人是靠自身动和控制能力来实现各种功能的一种机器。
二、智能机器人关键技术
随着社会发展的需要和机器人应用领域的扩大，人们对智能机器人的要求也越来越高。智能机器人所处的环境往往是未知的、难以预测的，在研究这类机器人的过程中，主要涉及到以下关键技术：
(1)多传感器信息融合。多传感器信息融合技术是近年来十分热门的研究课题，它与控制理论、信号处理、人工智能、概率和统计相结合，为机器人在各种复杂、动态、不确定和未知的环境中执行任务提供了一种技术解决途径。机器人所用的传感器有很多种，根据不同用途分为内部测量传感器和外部测量传感器两大类。内部测量传感器用来检测机器人组成部件的内部状态，包括：特定位置、角度传感器;任意位置、角度传感器;速度、角度传感器;加速度传感器;倾斜角传感器;方位角传感器等。外部传感器包括：视觉(测量、认识传感器)、触觉(接触、压觉、滑动觉传感器)、力觉(力、力矩传感器)、接近觉(接近觉、距离传感器)以及角度传感器(倾斜、方向、姿式传感器)。多传感器信息融合就是指综合来自多个传感器的感知数据，以产生更可靠、更准确或更全面的信息。经过融合的多传感器系统能够更加完善、精确地反映检测对象的特性，消除信息的不确定性，提高信息的可靠性。融合后的多传感器信息具有以下特性：冗余性、互补性、实时性和低成本性。目前多传感器信息融合方法主要有贝叶斯估计、卡尔曼滤波、神经网络、小波变换等。
(2)导航与定位。在机器人系统中，自主导航是一项核心技术，是机器人研究领域的重点和难点问题。导航的基本任务有3点：一是基于环境理解的全局定位：通过环境中景物的理解，识别人为路标或具体的实物，以完成对机器人的定位，为路径规划提供素材;二是目标识别和障碍物检测：实时对障碍物或特定目标进行检测和识别，提高控制系统的稳定性;三是安全保护：能对机器人工作环境中出现的障碍和移动物体作出分析并避免对机器人造成的损伤。机器人有多种导航方式，根据环境信息的完整程度、导航指示信号类型等因素的不同，可以分为基于地图的导航、基于创建地图的导航和无地图的导航3类。根据导航采用的硬件的不同，可将导航系统分为视觉导航和非视觉传感器组合导航。视觉导航是利用摄像头进行环境探测和辨识，以获取场景中绝大部分信息。目前视觉导航信息处理的内容主要包括：视觉信息的压缩和滤波、路面检测和障碍物检测、环境特定标志的识别、三维信息感知与处理。非视觉传感器导航是指采用多种传感器共同工作，如探针式、电容式、电感式、力学传感器、雷达传感器、光电传感器等，用来探测环境，对机器人的位置、姿态、速度和系统内部状态等进行监控，感知机器人所处工作环境的静态和动态信息，使得机器人相应的工作顺序和操作内容能自然地适应工作环境的变化，有效地获取内外部信息。
(3)路径规划。路径规划技术是机器人研究领域的一个重要分支。最优路径规划就是依据某个或某些优化准则(如工作代价最小、行走路线最短、行走时间最短等)，在机器人工作空间中找到一条从起始状态到目标状态、可以避开障碍物的最优路径。路径规划方法大致可以分为传统方法和智能方法两种。传统路径规划方法主要有以下几种：自由空间法、图搜索法、栅格解耦法、人工势场法。大部分机器人路径规划中的全局规划都是基于上述几种方法进行的，但这些方法在路径搜索效率及路径优化方面有待于进一步改善。人工势场法是传统算法中较成熟且高效的规划方法，它通过环境势场模型进行路径规划，但是没有考察路径是否最优。智能路径规划方法是将遗传算法、模糊逻辑以及神经网络等人工智能方法应用到路径规划中，来提高机器人路径规划的避障精度，加快规划速度，满足实际应用的需要。其中应用较多的算法主要有模糊方法、神经网络、遗传算法、Q学习及混合算法等，这些方法在障碍物环境已知或未知情况下均已取得一定的研究成果。
(4)机器人视觉。视觉系统是自主机器人的重要组成部分，一般由摄像机、图像采集卡和计算机组成。机器人视觉系统的工作包括图像的获取、图像的处理和分析、输出和显示，核心任务是特征提取、图像分割和图像辨识。而如何精确高效的处理视觉信息是视觉系统的关键问题。目前视觉信息处理逐步细化，包括视觉信息的压缩和滤波、环境和障碍物检测、特定环境标志的识别、三维信息感知与处理等。其中环境和障碍物检测是视觉信息处理中最重要、也是最困难的过程。机器人视觉是其智能化最重要的标志之一，对机器人智能及控制都具有非常重要的意义。目前国内外都在大力研究，并且已经有一些系统投入使用。
(5)智能控制。随着机器人技术的发展，对于无法精确解析建模的物理对象以及信息不足的病态过程，传统控制理论暴露出缺点，近年来许多学者提出了各种不同的机器人智能控制系统。机器人的智能控制方法有模糊控制、神经网络控制、智能控制技术的融合(模糊控制和变结构控制的融合;神经网络和变结构控制的融合;模糊控制和神经网络控制的融合;智能融合技术还包括基于遗传算法的模糊控制方法)等。近几年，机器人智能控制在理论和应用方面都有较大的进展。在模糊控制方面，J.J.Buckley等人论证了模糊系统的逼近特性，E.H.Mamdan首次将模糊理论用于一台实际机器人。模糊系统在机器人的建模控制、对柔性臂的控制、模糊补偿控制以及移动机器人路径规划等各个领域都得到了广泛的应用。在机器人神经网络控制方面，CMCA(Cere-bellaModelControllerArticulation)应用较早的一种控制方法，其最大特点是实时性强，尤其适用于多自由度操作臂的控制。
(6)人机接口技术。智能机器人的研究目标并不是完全取代人，复杂的智能机器人系统仅仅依靠计算机来控制目前是有一定困难的，即使可以做到，也由于缺乏对环境的适应能力而并不实用。智能机器人系统还不能完全排斥人的作用，而是需要借助人机协调来实现系统控制。因此，设计良好的人机接口就成为智能机器人研究的重点问题之一。人机接口技术是研究如何使人方便自然地与计算机交流。为了实现这一目标，除了最基本的要求机器人控制器有1个友好的、灵活方便的人机界面之外，还要求计算机能够看懂文字、听懂语言、说话表达，甚至能够进行不同语言之间的翻译，而这些功能的实现又依赖于知识表示方法的研究。因此，研究人机接口技术既有巨大的应用价值，又有基础理论意义。目前，人机接口技术已经取得了显著成果，文字识别、语音合成与识别、图像识别与处理、机器翻译等技术已经开始实用化。另外，人机接口装置和交互技术、监控技术、远程操作技术、通讯技术等也是人机接口技术的重要组成部分，其中远程操作技术是一个重要的研究方向。
三、总结与展望
机器人是自动化领域的主题之一，人们几十年来对机器人的开发和研究，使机器人技术取得了巨大的进步。随着人工智能、智能控制和计算机技术的发展，机器人的应用领域必将不断扩大，性能不断提高，在未来的生产、生活、科研当中会发挥更重要的作用。
参考文献
[1]孙华，陈俊风，吴林.多传感器信息融合技术及其在机器人中的应用[J].传感器技术.2003，22(9)：1～4
[2]王灏，毛宗源.机器人的智能控制方法[M].北京：国防工业出版社，2002
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https://m.bjyld.com/news/472875/
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