教育中人形機器人運用研討范文

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目前世界上使用的機器人主要是工業機器人，其中一般以上是面向制造業的工業機器人，即主要用于第二產業。在進入21世紀的今天，機器人已經不再局限于工業上的應用，而應該在社會的各個行業合理利用。近年來，全國機器人大賽的舉辦為這些需求提供了一個平臺，其中的人形機器人舞蹈大賽更是成為社會各界關注的焦點，各大、中、小學校在此項目上的參與度呈現出逐年遞增。因此如何讓人形機器人在教育應用上發揮其應有的作用成為了當前研究的重點和難點。

1相關研究

人形機器人是具備人類的外形特征和行動能力的智能機器人，可以采用雙腿行走方式，通過手臂和身體的協調完成一些簡單的功能，以及通過簡單的語言和人類交流。與傳統的機器人相比，人形機器人具有顯著的優勢。而且人形機器人以與人近似的形態出現，對人類來說就不會感到特別的陌生，也不會產生排斥心理，更容易被人類所接受，所以人形機器人將可能是未來日常應用中最重要的智能機器人。人形機器人的研究起步于上世紀60年代后期，目標是解決人形機器人的雙足行走問題。如日本早稻田大學加藤一郎教授在1969年研制出WAP-1平面自由度步行機。1973年,加藤等人在WL-5的基礎上配置機械手及人工視覺、聽覺裝置組成自主式機器人WAROT-1。進入90年代，人形機器人在控制方法和人工智能等方面的研究成果不斷出現，從而推動了人形機器人技術的快速發展。如今，人形機器人向這兩個不同的方面發展，一個是外形上與真實人類的細部特征相同的發展；另一個是功能上接近真實人類，具備和人類一樣的運動能力和靈活性及對環境的判斷能力。在2005年的日本愛知博覽會上，就出現了多種與真人外觀一樣的機器人，在北京第智能機器人與系統國際會議上，我國同樣也出現了這類人形機器人。現階段應用于教育的人形機器人是由伺服電機、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人形機器人，在機器的各活動關節的配置多達17個伺服舵機，具有17個自由度，特顯靈活，更能完成諸如手臂后擺90度的高難度動作。控制主板類似于人形機器人的大腦，通過自身智能編程軟件便能自動地完成整套動作。鋰電池就是人形機器人進行活動的能量。金屬框架類似于人形機器人的骨骼，支撐著整個機器人。這些部件組合起來的人形機器人能在音樂的伴奏中完成起舞、行走、起臥、武術等表演，甚至還能完成翻跟斗等雜技以及各種奧運競賽動作。

2人形機器人的優勢及不足

人形機器人與其它類型機器人的對比（如下表1）：表1人形機器人與其他類型機器人的對比從表中可以看出人形機器人在程序的編寫、邏輯思維能力、外形、創意、動作設計方面都比其它類型機器人更具有優勢。做好一個人形機器人需要很多的創意以及個性的需求，首先要設計好機器人整體框架的構建；接下來是人形機器人的動作設計，它需要設計出能夠吸引注意力的動作，而且要能與音樂完美的結合；再下來就是機器人外觀的設計，也需要能夠吸引人的注意。這些方面都能夠很好地鍛煉學生的創意思維和個性的突出。另外，新課程改革更加注重的是學生的個性以及能力的發展，相比于其它類型的機器人，人形機器人在這兩方面能給學生提供更好的鍛煉機會。目前,許多新技術不再隸屬于單一學科,而是多門學科的高度綜合。人形機器人技術就是一門綜合應用數學、力學、機械、電子、計算機、控制、傳感技術、通信和人工智能等學科的最新成就的技術。而人形機器人在教育中的推廣能有效地激發學生的學習興趣，有很好的趣味性和挑戰性,有以下作用：1）培養學生的邏輯思維能力。編寫程序是機器人教學的一個重要的內容，程序就相當于機器人的思想。學生在了解機器人的結構、工作原理和各部件功能的基礎上，根據任務來編寫程序。程序必須是有嚴密邏輯結構的，可以使機器人按照程序進行活動。可見，程序的編寫為培養學生的邏輯思維能力提供了一個極佳的途徑。2）培養學生分析問題和解決問題的能力。制作教育機器人是一個非常復雜的過程，涉及機器人的搭建、編程、運行和調試的反復過程。學生要學會分析問題，分析是哪一個環節出現問題。學生在分析原因的同時，也要考慮解決問題的辦法，根據實際情況進行修改、調試和優化，分析出錯的原因，提出解決問題的辦法。3）培養學生的動手能力。機器人實踐過程是一個實際動手操作的過程。機器人的搭建過程是學生手腦結合的過程，需要運用數學、物理、化學、機械、材料等方面的知識，需要學生的動手實踐能力。4）培養學生的創新能力。創新能力是現在教育最常提及的一個重要內容，也是教育開展的一個重要目標。我校的參賽隊伍在參加的中國智能機器人大賽上常常取得良好的成績，與其他學校最大的區別的就是機器人的創新。我們的機器人除了自己不能生產的部件之外，從設計到制作再到編程都是我們自己解決，這就在眾多相同的機器人中占有優勢地位。5）培養學生的團隊合作能力。機器人教學大多是以小組的形式展開，機器人的學習其實就是團隊合作學習的過程。它要求團隊成員團結合作，利用集體的力量來完成個人力量難以完成的問題,在實踐中培養自己的團隊合作能力。在高等學校中開展人形機器人的教學，進行多層次的機器人教育,既可以普及學生的機器人知識,加強機器人專業建設,又可以提高機器人的應用水平。在各級各類學校積極把機器人引入課堂,更多的中小學生得以學習機器人知識。機器人課堂教學成為中小學信息技術教育的重要組成部分。在科技創新活動方面,形成一個廣大中小學生、大學生直到專業科研人員以及機器人愛好者都積極參加各級各類機器人比賽的局面。機器人不再神秘,直接走入人們的生活學習中。在這種氛圍下,更多的人參與到機器人的研制與應用中去,必將促進機器人的大發展,從而促進社會的發展。

3目前存在的問題

人形機器人的發展相對于其它類型的機器人而言起步較晚，在技術上還不成熟，受到的重視不夠，發展模式存在著一定的弊端。

3.1人形機器人的發展還處在初始階段，技術不成熟世界上廣泛使用的機器人主要是工業機器人，而且都是面向制造業的工業機器人，從而導致了人形機器人的發展相對較遲。而且各國在人形機器人的發展上各有不同，例如日本在人形機器人的行走方式上相對較為關注從而其發明出來的人形機器人的行走是相當不錯的，而且由于日本在電子方面的發展較為先進，生產出來的機器人在感應上也相對的成熟。而美國一直注重智能機器人和軍用機器人的研究，研發出多種功能強大的智能機器人和軍用機器人，從而導致人形機器人發展的方向不同。而且各國發展的人形機器人在各方面上都存在著一定缺陷。

3.2沒有引起教育屆的廣泛重視，缺乏宣傳和引導隨著科技的不斷發展，機器人開始步入小、中、高校。在許多的大型機器人比賽上參加的比賽隊伍也越來越多。但是，由于受機器人的價格、平時的維護等多方面因素的影響，機器人教育并沒有得到大力的推廣，而且許多學校也只是以課外活動、各種興趣班、培訓班的形式開展機器人教學。從當前實物機器人課堂教學的開展情況來來看，較多的學校只是以課外活動、各種興趣班、培訓班的形式開展機器人教學。通常的做法是：學校購買若干套機器人器材，由信息技術課程老師或綜合實踐課程教師進行指導，組織學生進行機器人組裝、編程的實踐活動，然后參加一些相關的機器人競賽。但是，現在舉辦的比賽大部分都是以大學生為主流，中、小學生參加的相對較少。并且目前只有浙江、上海、江蘇等極少數的地區和學校將實物機器人納入了正規課堂教學。

3.3思維定勢，沿襲車型的發展思路，穿新鞋走老路人形機器人現在受許多家公司青睞，正在被研究開發新的機型來適應市場。然而由于人形機器人沿襲了車型的發展思路還是出現了與其相同的問題：產品缺少規范，品牌十分繁雜，并且大多自成體系，互不兼容，開放度低，適應于不同學段的性能價格比高的產品很少，特別是對學校而言，開展人形機器人課堂教學初期投入較高，持續費高，難以長期發展。這些存在的問題需要各界關注，避免走上以前的老路，應該開辟出一條能夠讓人形機器人這么一個有著巨大潛力的項目發展下去的道路。

4總結

通過以上的分析，本文認為人形機器人在教育中的應用有利于學生各方面能力的發展。雖然在現階段，人形機器人的普及應用還存在著諸多方面的困難，但是這些不足會隨著科技的發展、政府和教育機構的重視而逐步被改進的。在現階段，教育各界都應該重視、積極參與這一領域的發展，這樣才能使人形機器人在教育中發揮其應有的作用，從而使更多的學生因此而收益。