教育中人形機(jī)器人運(yùn)用研討范文

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目前世界上使用的機(jī)器人主要是工業(yè)機(jī)器人，其中一般以上是面向制造業(yè)的工業(yè)機(jī)器人，即主要用于第二產(chǎn)業(yè)。在進(jìn)入21世紀(jì)的今天，機(jī)器人已經(jīng)不再局限于工業(yè)上的應(yīng)用，而應(yīng)該在社會(huì)的各個(gè)行業(yè)合理利用。近年來(lái)，全國(guó)機(jī)器人大賽的舉辦為這些需求提供了一個(gè)平臺(tái)，其中的人形機(jī)器人舞蹈大賽更是成為社會(huì)各界關(guān)注的焦點(diǎn)，各大、中、小學(xué)校在此項(xiàng)目上的參與度呈現(xiàn)出逐年遞增。因此如何讓人形機(jī)器人在教育應(yīng)用上發(fā)揮其應(yīng)有的作用成為了當(dāng)前研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

1相關(guān)研究

人形機(jī)器人是具備人類(lèi)的外形特征和行動(dòng)能力的智能機(jī)器人，可以采用雙腿行走方式，通過(guò)手臂和身體的協(xié)調(diào)完成一些簡(jiǎn)單的功能，以及通過(guò)簡(jiǎn)單的語(yǔ)言和人類(lèi)交流。與傳統(tǒng)的機(jī)器人相比，人形機(jī)器人具有顯著的優(yōu)勢(shì)。而且人形機(jī)器人以與人近似的形態(tài)出現(xiàn)，對(duì)人類(lèi)來(lái)說(shuō)就不會(huì)感到特別的陌生，也不會(huì)產(chǎn)生排斥心理，更容易被人類(lèi)所接受，所以人形機(jī)器人將可能是未來(lái)日常應(yīng)用中最重要的智能機(jī)器人。人形機(jī)器人的研究起步于上世紀(jì)60年代后期，目標(biāo)是解決人形機(jī)器人的雙足行走問(wèn)題。如日本早稻田大學(xué)加藤一郎教授在1969年研制出WAP-1平面自由度步行機(jī)。1973年,加藤等人在WL-5的基礎(chǔ)上配置機(jī)械手及人工視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)裝置組成自主式機(jī)器人WAROT-1。進(jìn)入90年代，人形機(jī)器人在控制方法和人工智能等方面的研究成果不斷出現(xiàn)，從而推動(dòng)了人形機(jī)器人技術(shù)的快速發(fā)展。如今，人形機(jī)器人向這兩個(gè)不同的方面發(fā)展，一個(gè)是外形上與真實(shí)人類(lèi)的細(xì)部特征相同的發(fā)展；另一個(gè)是功能上接近真實(shí)人類(lèi)，具備和人類(lèi)一樣的運(yùn)動(dòng)能力和靈活性及對(duì)環(huán)境的判斷能力。在2005年的日本愛(ài)知博覽會(huì)上，就出現(xiàn)了多種與真人外觀一樣的機(jī)器人，在北京第智能機(jī)器人與系統(tǒng)國(guó)際會(huì)議上，我國(guó)同樣也出現(xiàn)了這類(lèi)人形機(jī)器人?，F(xiàn)階段應(yīng)用于教育的人形機(jī)器人是由伺服電機(jī)、控制主板、鋰電池、金屬框架與控制主板相配套的軟件組成。例如ROBOT?X人形機(jī)器人，在機(jī)器的各活動(dòng)關(guān)節(jié)的配置多達(dá)17個(gè)伺服舵機(jī)，具有17個(gè)自由度，特顯靈活，更能完成諸如手臂后擺90度的高難度動(dòng)作?？刂浦靼孱?lèi)似于人形機(jī)器人的大腦，通過(guò)自身智能編程軟件便能自動(dòng)地完成整套動(dòng)作。鋰電池就是人形機(jī)器人進(jìn)行活動(dòng)的能量。金屬框架類(lèi)似于人形機(jī)器人的骨骼，支撐著整個(gè)機(jī)器人。這些部件組合起來(lái)的人形機(jī)器人能在音樂(lè)的伴奏中完成起舞、行走、起臥、武術(shù)等表演，甚至還能完成翻跟斗等雜技以及各種奧運(yùn)競(jìng)賽動(dòng)作。

2人形機(jī)器人的優(yōu)勢(shì)及不足

人形機(jī)器人與其它類(lèi)型機(jī)器人的對(duì)比（如下表1）：表1人形機(jī)器人與其他類(lèi)型機(jī)器人的對(duì)比從表中可以看出人形機(jī)器人在程序的編寫(xiě)、邏輯思維能力、外形、創(chuàng)意、動(dòng)作設(shè)計(jì)方面都比其它類(lèi)型機(jī)器人更具有優(yōu)勢(shì)。做好一個(gè)人形機(jī)器人需要很多的創(chuàng)意以及個(gè)性的需求，首先要設(shè)計(jì)好機(jī)器人整體框架的構(gòu)建；接下來(lái)是人形機(jī)器人的動(dòng)作設(shè)計(jì)，它需要設(shè)計(jì)出能夠吸引注意力的動(dòng)作，而且要能與音樂(lè)完美的結(jié)合；再下來(lái)就是機(jī)器人外觀的設(shè)計(jì)，也需要能夠吸引人的注意。這些方面都能夠很好地鍛煉學(xué)生的創(chuàng)意思維和個(gè)性的突出。另外，新課程改革更加注重的是學(xué)生的個(gè)性以及能力的發(fā)展，相比于其它類(lèi)型的機(jī)器人，人形機(jī)器人在這兩方面能給學(xué)生提供更好的鍛煉機(jī)會(huì)。目前,許多新技術(shù)不再隸屬于單一學(xué)科,而是多門(mén)學(xué)科的高度綜合。人形機(jī)器人技術(shù)就是一門(mén)綜合應(yīng)用數(shù)學(xué)、力學(xué)、機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)、控制、傳感技術(shù)、通信和人工智能等學(xué)科的最新成就的技術(shù)。而人形機(jī)器人在教育中的推廣能有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有很好的趣味性和挑戰(zhàn)性,有以下作用：1）培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力。編寫(xiě)程序是機(jī)器人教學(xué)的一個(gè)重要的內(nèi)容，程序就相當(dāng)于機(jī)器人的思想。學(xué)生在了解機(jī)器人的結(jié)構(gòu)、工作原理和各部件功能的基礎(chǔ)上，根據(jù)任務(wù)來(lái)編寫(xiě)程序。程序必須是有嚴(yán)密邏輯結(jié)構(gòu)的，可以使機(jī)器人按照程序進(jìn)行活動(dòng)。可見(jiàn)，程序的編寫(xiě)為培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力提供了一個(gè)極佳的途徑。2）培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。制作教育機(jī)器人是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，涉及機(jī)器人的搭建、編程、運(yùn)行和調(diào)試的反復(fù)過(guò)程。學(xué)生要學(xué)會(huì)分析問(wèn)題，分析是哪一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題。學(xué)生在分析原因的同時(shí)，也要考慮解決問(wèn)題的辦法，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行修改、調(diào)試和優(yōu)化，分析出錯(cuò)的原因，提出解決問(wèn)題的辦法。3）培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力。機(jī)器人實(shí)踐過(guò)程是一個(gè)實(shí)際動(dòng)手操作的過(guò)程。機(jī)器人的搭建過(guò)程是學(xué)生手腦結(jié)合的過(guò)程，需要運(yùn)用數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、機(jī)械、材料等方面的知識(shí)，需要學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力。4）培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。創(chuàng)新能力是現(xiàn)在教育最常提及的一個(gè)重要內(nèi)容，也是教育開(kāi)展的一個(gè)重要目標(biāo)。我校的參賽隊(duì)伍在參加的中國(guó)智能機(jī)器人大賽上常常取得良好的成績(jī)，與其他學(xué)校最大的區(qū)別的就是機(jī)器人的創(chuàng)新。我們的機(jī)器人除了自己不能生產(chǎn)的部件之外，從設(shè)計(jì)到制作再到編程都是我們自己解決，這就在眾多相同的機(jī)器人中占有優(yōu)勢(shì)地位。5）培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力。機(jī)器人教學(xué)大多是以小組的形式展開(kāi)，機(jī)器人的學(xué)習(xí)其實(shí)就是團(tuán)隊(duì)合作學(xué)習(xí)的過(guò)程。它要求團(tuán)隊(duì)成員團(tuán)結(jié)合作，利用集體的力量來(lái)完成個(gè)人力量難以完成的問(wèn)題,在實(shí)踐中培養(yǎng)自己的團(tuán)隊(duì)合作能力。在高等學(xué)校中開(kāi)展人形機(jī)器人的教學(xué)，進(jìn)行多層次的機(jī)器人教育,既可以普及學(xué)生的機(jī)器人知識(shí),加強(qiáng)機(jī)器人專(zhuān)業(yè)建設(shè),又可以提高機(jī)器人的應(yīng)用水平。在各級(jí)各類(lèi)學(xué)校積極把機(jī)器人引入課堂,更多的中小學(xué)生得以學(xué)習(xí)機(jī)器人知識(shí)。機(jī)器人課堂教學(xué)成為中小學(xué)信息技術(shù)教育的重要組成部分。在科技創(chuàng)新活動(dòng)方面,形成一個(gè)廣大中小學(xué)生、大學(xué)生直到專(zhuān)業(yè)科研人員以及機(jī)器人愛(ài)好者都積極參加各級(jí)各類(lèi)機(jī)器人比賽的局面。機(jī)器人不再神秘,直接走入人們的生活學(xué)習(xí)中。在這種氛圍下,更多的人參與到機(jī)器人的研制與應(yīng)用中去,必將促進(jìn)機(jī)器人的大發(fā)展,從而促進(jìn)社會(huì)的發(fā)展。

3目前存在的問(wèn)題

人形機(jī)器人的發(fā)展相對(duì)于其它類(lèi)型的機(jī)器人而言起步較晚，在技術(shù)上還不成熟，受到的重視不夠，發(fā)展模式存在著一定的弊端。

3.1人形機(jī)器人的發(fā)展還處在初始階段，技術(shù)不成熟世界上廣泛使用的機(jī)器人主要是工業(yè)機(jī)器人，而且都是面向制造業(yè)的工業(yè)機(jī)器人，從而導(dǎo)致了人形機(jī)器人的發(fā)展相對(duì)較遲。而且各國(guó)在人形機(jī)器人的發(fā)展上各有不同，例如日本在人形機(jī)器人的行走方式上相對(duì)較為關(guān)注從而其發(fā)明出來(lái)的人形機(jī)器人的行走是相當(dāng)不錯(cuò)的，而且由于日本在電子方面的發(fā)展較為先進(jìn)，生產(chǎn)出來(lái)的機(jī)器人在感應(yīng)上也相對(duì)的成熟。而美國(guó)一直注重智能機(jī)器人和軍用機(jī)器人的研究，研發(fā)出多種功能強(qiáng)大的智能機(jī)器人和軍用機(jī)器人，從而導(dǎo)致人形機(jī)器人發(fā)展的方向不同。而且各國(guó)發(fā)展的人形機(jī)器人在各方面上都存在著一定缺陷。

3.2沒(méi)有引起教育屆的廣泛重視，缺乏宣傳和引導(dǎo)隨著科技的不斷發(fā)展，機(jī)器人開(kāi)始步入小、中、高校。在許多的大型機(jī)器人比賽上參加的比賽隊(duì)伍也越來(lái)越多。但是，由于受機(jī)器人的價(jià)格、平時(shí)的維護(hù)等多方面因素的影響，機(jī)器人教育并沒(méi)有得到大力的推廣，而且許多學(xué)校也只是以課外活動(dòng)、各種興趣班、培訓(xùn)班的形式開(kāi)展機(jī)器人教學(xué)。從當(dāng)前實(shí)物機(jī)器人課堂教學(xué)的開(kāi)展情況來(lái)來(lái)看，較多的學(xué)校只是以課外活動(dòng)、各種興趣班、培訓(xùn)班的形式開(kāi)展機(jī)器人教學(xué)。通常的做法是：學(xué)校購(gòu)買(mǎi)若干套機(jī)器人器材，由信息技術(shù)課程老師或綜合實(shí)踐課程教師進(jìn)行指導(dǎo)，組織學(xué)生進(jìn)行機(jī)器人組裝、編程的實(shí)踐活動(dòng)，然后參加一些相關(guān)的機(jī)器人競(jìng)賽。但是，現(xiàn)在舉辦的比賽大部分都是以大學(xué)生為主流，中、小學(xué)生參加的相對(duì)較少。并且目前只有浙江、上海、江蘇等極少數(shù)的地區(qū)和學(xué)校將實(shí)物機(jī)器人納入了正規(guī)課堂教學(xué)。

3.3思維定勢(shì)，沿襲車(chē)型的發(fā)展思路，穿新鞋走老路人形機(jī)器人現(xiàn)在受許多家公司青睞，正在被研究開(kāi)發(fā)新的機(jī)型來(lái)適應(yīng)市場(chǎng)。然而由于人形機(jī)器人沿襲了車(chē)型的發(fā)展思路還是出現(xiàn)了與其相同的問(wèn)題：產(chǎn)品缺少規(guī)范，品牌十分繁雜，并且大多自成體系，互不兼容，開(kāi)放度低，適應(yīng)于不同學(xué)段的性能價(jià)格比高的產(chǎn)品很少，特別是對(duì)學(xué)校而言，開(kāi)展人形機(jī)器人課堂教學(xué)初期投入較高，持續(xù)費(fèi)高，難以長(zhǎng)期發(fā)展。這些存在的問(wèn)題需要各界關(guān)注，避免走上以前的老路，應(yīng)該開(kāi)辟出一條能夠讓人形機(jī)器人這么一個(gè)有著巨大潛力的項(xiàng)目發(fā)展下去的道路。

4總結(jié)

通過(guò)以上的分析，本文認(rèn)為人形機(jī)器人在教育中的應(yīng)用有利于學(xué)生各方面能力的發(fā)展。雖然在現(xiàn)階段，人形機(jī)器人的普及應(yīng)用還存在著諸多方面的困難，但是這些不足會(huì)隨著科技的發(fā)展、政府和教育機(jī)構(gòu)的重視而逐步被改進(jìn)的。在現(xiàn)階段，教育各界都應(yīng)該重視、積極參與這一領(lǐng)域的發(fā)展，這樣才能使人形機(jī)器人在教育中發(fā)揮其應(yīng)有的作用，從而使更多的學(xué)生因此而收益。