本書講述了中小學(xué)機(jī)器人學(xué)的基本概念及應(yīng)用，介紹了中小學(xué)機(jī)器人教學(xué)活動的主要內(nèi)容。全書共5章，涉及機(jī)器人發(fā)展簡史、機(jī)器人中的STEM、機(jī)器人硬件組成及原理、機(jī)器人程序設(shè)計和機(jī)器人制作舉例。
前 言
伴隨著信息化、智能化的發(fā)展，國家對人工智能越來越重視，作為人工智能載體之一的機(jī)器人也逐漸受到大家的廣泛關(guān)注，中小學(xué)生機(jī)器人教育在國內(nèi)開展得如火如荼。
本書是暢銷書的升級版，以生動幽默的語言介紹了中小學(xué)機(jī)器人教學(xué)的主要內(nèi)容，全書共5章，涉及機(jī)器人發(fā)展簡史、機(jī)器人中的STEM、機(jī)器人硬件組成及原理、機(jī)器人程序設(shè)計和機(jī)器人制作舉例。附錄中給出了筆者對于機(jī)器人教學(xué)的一些認(rèn)識和觀點，以及一個機(jī)器人對抗比賽方案。第1章簡述了機(jī)器人的起源與發(fā)展，介紹了機(jī)器人的概念，探討了古今中外不同種類的機(jī)器人。第2章討論了機(jī)器人中的STEM，包括生命科學(xué)、空間科學(xué)、物質(zhì)科學(xué)、信息科學(xué)、數(shù)學(xué)、工程與技術(shù)等相關(guān)內(nèi)容。第3章介紹了機(jī)器人的硬件組成及原理，包括機(jī)器人的機(jī)械部分、電器部分及嵌入式系統(tǒng)的簡單原理。第4章闡述了機(jī)器人程序設(shè)計，介紹了機(jī)器人程序編譯工具GULC的使用及其所對應(yīng)的機(jī)器人控制命令，并簡單探討了C語言的語法結(jié)構(gòu)。第5章舉例說明了機(jī)器人的制作，包括恐龍機(jī)器人、寵物狗機(jī)器人、火車機(jī)器人和人工機(jī)械手臂。附錄A中提出了一些關(guān)于機(jī)器人教學(xué)的個人觀點，包括教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)目標(biāo)、能力培養(yǎng)、設(shè)計原則等。附錄B中介紹了一個機(jī)器人對抗比賽方案，供教育機(jī)構(gòu)或?qū)W校參考。
本書非常適合9～12歲的小朋友閱讀，也可供廣大機(jī)器人愛好者參考。
本書在寫作和出版期間得到了許多領(lǐng)導(dǎo)、專家、同事、朋友、學(xué)生和親人的幫助與支持。
張森，中國科學(xué)院自動化研究所智能感知與計算研究中心工程師，中國科學(xué)院自動化研究所-中科智能之星"人工智能與機(jī)器人教育聯(lián)合實驗室”副主任，天津中科智能識別產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院有限公司科普專家，2017"IEEE-優(yōu)必選”中國機(jī)器人設(shè)計大賽指導(dǎo)教師，主要從事人工智能與機(jī)器人科普及相關(guān)產(chǎn)品研發(fā)和教學(xué)工作。
目 錄
第1章 奇妙的機(jī)器人世界 / 1
1．1 神奇的機(jī)器人 / 1
1．1．1 什么是機(jī)器人 / 1
1．1．2 從一個單詞說起――“Robot” / 2
1．1．3 機(jī)器人安全嗎――機(jī)器人三大安全法則 / 4
1．2 古代也有機(jī)器人 / 5
1．2．1 世界上最早的機(jī)器人 / 5
1．2．2 古代中國機(jī)器人 / 6
1．2．3 古代外國機(jī)器人 / 9
1．3 現(xiàn)代機(jī)器人演義 / 12
1．3．1 現(xiàn)代機(jī)器人的起源 / 12
1．3．2 現(xiàn)代機(jī)器人的發(fā)展 / 13
1．3．3 現(xiàn)代機(jī)器人的分類 / 16
第2章 機(jī)器人中的STEM / 32
2．1 生命科學(xué) / 32
2．1．1 什么是仿生機(jī)器人 / 32
2．1．2 青蛙機(jī)器人與青蛙 / 34
2．1．3 蟑螂機(jī)器人與蟑螂 / 35
2．1．4 螳螂機(jī)器人與螳螂 / 37
2．1．5 恐龍機(jī)器人與恐龍 / 37
2．2 空間科學(xué) / 39
2．3 物質(zhì)科學(xué) / 42
2．3．1 機(jī)器人中的力 / 42
2．3．2 機(jī)器人中的簡單機(jī)械 / 45
2．3．3 機(jī)器人中的機(jī)械應(yīng)用舉例――投石器機(jī)器人 / 49
2．3．4 機(jī)器人中的電 / 50
2．3．5 機(jī)器人中的電磁感應(yīng) / 56
2．3．6 機(jī)器人的能量守恒 / 57
2．3．7 機(jī)器人眼中的光 / 58
2．4 信息科學(xué) / 62
2．4．1 計算機(jī)演義――計算機(jī)的起源與發(fā)展 / 62
2．4．2 人工智能演義――人工智能概述 / 68
2．4．3 通信技術(shù)演義――通信與移動通信 / 71
2．5 數(shù)學(xué) / 75
2．5．1 哪個六棱柱好――認(rèn)識長度 / 75
2．5．2 誰的機(jī)器人最快――認(rèn)識速度 / 76
2．5．3 “鼴鼠游戲”機(jī)器人中的不一定――隨機(jī)與概率 / 81
2．6 工程與技術(shù) / 82
2．6．1 機(jī)器人制作的最重要秘密――想象力比知識更重要 / 82
2．6．2 近現(xiàn)代科學(xué)與技術(shù)革命 / 83
第3章 機(jī)器人的身體――硬件組成及原理 / 89
3．1 鋼筋鐵骨的機(jī)械部分 / 90
3．1．1 搭建身體框架的孔板 / 91
3．1．2 撐起其他部件的六棱柱 / 92
3．1．3 把各部件連接起來的連接件 / 92
3．1．4 用處多多的輪子 / 94
3．1．5 不能缺少的螺釘與螺母 / 94
3．2 充滿活力的電器部分 / 96
3．2．1 聰明的大腦――CPU板 / 96
3．2．2 機(jī)器人的感覺器官――傳感器 / 101
3．2．3 機(jī)器人的運動器官――電機(jī) / 109
3．2．4 機(jī)器人的心臟――電源 / 113
3．2．5 傳遞快樂――LED板 / 115
3．3 解剖機(jī)器人的大腦――嵌入式計算機(jī)系統(tǒng)原理 / 116
3．3．1 機(jī)器人大腦的內(nèi)部世界 / 116
3．3．2 程序和數(shù)據(jù)“住”在哪里――存儲程序 / 119
3．3．3 我的腦里只有你――二進(jìn)制 / 122
第4章 機(jī)器人的思維――程序設(shè)計 / 128
4．1 機(jī)器人編程 / 128
4．2 程序翻譯官――GULC / 130
4．2．1 GULC操作界面 / 131
4．2．2 GULC程序框架 / 137
4．2．3 GULC編程步驟 / 138
4．3 機(jī)器人唱歌――蜂鳴器控制和數(shù)據(jù)概念 / 143
4．3．1 用play命令演奏樂曲 / 143
4．3．2 delay命令的妙用 / 147
4．3．3 數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)類型 / 149
4．4 機(jī)器人跳舞――馬達(dá)控制和數(shù)據(jù)運算 / 154
4．4．1 動動腿――DC馬達(dá)動起來 / 155
4．4．2 擺擺手――伺服馬達(dá)聽話了 / 157
4．4．3 數(shù)據(jù)運算 / 160
4．5 LED控制和程序結(jié)構(gòu) / 172
4．5．1 一閃一閃亮晶晶――on/off命令 / 172
4．5．2 玩出新花樣――機(jī)器人程序結(jié)構(gòu) / 174
4．6 耳聰目明的機(jī)器人――傳感器輸入和數(shù)組 / 186
4．6．1 機(jī)器人傳感器輸入 / 186
4．6．2 特殊的數(shù)據(jù)類型――數(shù)組 / 188
4．7 機(jī)器人控制命令大盤點 / 190
4．7．1 機(jī)器人控制命令總結(jié) / 190
4．7．2 函數(shù)的概念 / 191
第5章 我們都是小創(chuàng)客――機(jī)器人制作舉例 / 192
5．1 恐龍機(jī)器人 / 192
5．1．1 恐龍機(jī)器人簡介 / 192
5．1．2 恐龍機(jī)器人的硬件搭建 / 193
5．1．3 恐龍機(jī)器人的程序設(shè)計 / 195
5．2 寵物狗機(jī)器人 / 200
5．2．1 寵物狗機(jī)器人簡介 / 200
5．2．2 寵物狗機(jī)器人的硬件搭建 / 201
5．2．3 寵物狗機(jī)器人的程序設(shè)計 / 202
5．3 火車機(jī)器人 / 207
5．3．1 火車機(jī)器人簡介 / 207
5．3．2 火車機(jī)器人的硬件搭建 / 208
5．3．3 火車機(jī)器人的程序設(shè)計 / 211
5．4 人工機(jī)械手臂 / 212
5．4．1 人工機(jī)械手臂簡介 / 212
5．4．2 人工機(jī)械手臂的硬件搭建 / 212
5．4．3 人工機(jī)械手臂的程序設(shè)計 / 216
附錄A 中小學(xué)機(jī)器人教學(xué)之我見 / 218
附錄B 機(jī)器人對抗比賽方案 / 234
參考文獻(xiàn) / 237
說明 / 239
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