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基础机器人教学实验项目开发与研究

白海亮  
【摘要】:创新是一个民族进步的灵魂,是国家兴旺发达的不竭动力。要把潜在的创新能力转化为现实的创新能力,必须要有一个激发潜能,形成创新能力的环境和氛围。培养学生创造力是教育创新的当务之急,开发基础机器人教学实验项目是激发学生创造力的有效途径之一 机器人作为机械学、电子学、计算机技术、人工智能等学科的典型载体被用于高校的实践教学,但目前其应用的规模仍有待扩大,而且部分产品或者价格过高或者过于简单,不能满足机器人教学需求。德普施公司的BASIC Stamp微控制器和可拆装机器人(宝贝机器人、相扑机器人、步行机器人),允许不同工程知识背景的工科学生动手组装自己的机器人,搭建、检测、控制机器人电路,然后编写程序,控制机器人的各种动作和行为,是目前国内较先进的基础工程训练平台。 对于宝贝机器人,深入分析了其结构组成、电气原理;对机械零部件和电器元件的原理、功用进行了详细介绍;说明了宝贝机器人伺服电机控制原理,机器人行走方向、速度、路线控制方法;阐述了触觉导航模块、光敏电阻导航模块、红外线导航模块的功能原理,电气连接和程序编制方法。开发的实验有:伺服电机的控制,组装测试宝贝机器人,宝贝机器人走矩形轨迹,宝贝机器人触觉避障,宝贝机器人跟踪光源,宝贝机器人红外避障,宝贝机器人距离检测。 对于相扑机器人,对其历史、现实意义、发展趋势以及相扑机器人比赛做了简单介绍;对其结构组成、电气原理进行了深入分析;详细阐述了界线传感器、红外线检测对手原理,电气连接和程序编制方法。开发的实验有:组装测试相扑机器人,相扑机器人避免出界,相扑机器人锁定对手,相扑比赛。 对于步行机器人,详细介绍了其国内外发展历史、研究现状以及对其研究的原因和目的;详细介绍了步行机器人的组装过程;对比了步行机器人伺服电机和宝贝机器人伺服电机的特性、功能、控制方法;阐述了步行机器人行走和转弯动作原理,实现方法,编程技巧;红外线导航原理和实现方法。开发的实验有:组装测试步行机器人,步行机器人伺服电机控制,步行机器人行走,步行机器人转弯,步行机器人红外线避障。 对基础机器人进行了创新性研究。利用机器人红外线导航原理,开发了机器人检测边缘功能;扩展了机器人红外线检测范围,使其不仅可以检测到前方障碍物(包括较低的障碍物,比如地面突起),还可以检测地面凹陷(比如台阶);提出机器人困在墙角问题,帮助机器人逃离墙角;研制出音乐机器人。


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