原创《改变世界的智能机器智能机器人》
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【摘 要】 机器人是自动执行工作的机器装置,起初机器人只诞生于科幻小说之中,是人们对未来世界的一种美好憧憬,在信息化飞速发展的时代,信息技术被广泛应用,智能机器人广泛存在于生产、生活的多个方面,成为改变世界的智能机器.掌握智能机器人的原理与技术对学生而言尤为重要,这不仅使我们可以对科学的理论认知更为深刻,更重要的是这样更能激发学生探究的积极性和求知欲,给想象插上真实的翅膀,切实服务于实践.
【关键词】 智能机器 物理 力学 电学
大家对历年的春晚还有印象吗？里面的歌曲可能都记不清了,小品相声也感觉不那么清新了,不过有一点却记忆犹新,那就是2016 年央视春晚,伴随着歌手孙楠“冲冲冲,冲向世界的巅峰”的歌声,540 台Alpha 1S 组成机器人方阵,用整齐划一的舞姿震撼全场；而在2018 年的春晚上,优必选狗年特别版机器人“Jimu 汪汪”的惊艳亮相,不仅与舞台上的演员精彩联动,还被分别摆放在台下的24 个圆桌上与现场观众进行互动,跳舞、摇头、舔爪子、摇尾巴,简直比真正的小狗还要呆萌,这款机器人集创意搭建、逻辑编程、快乐分享于一体,为新一代青少年的成长助力,彰显出中国科技发展的雄心.
一、小机器大容量——智能机器人身上的物理知识
从以前的美好幻想,到现在各种各样的机器人遍布我们周围,机器人所能从事的工作范围已经逐步扩大,而且精细化程度也显著增强,尤其是一些高温、高压、高空、深海等人类所难以直接触碰的环境中,机器人展现出巨大优势.机器人的飞速发展是以基础物理做支撑的,在机器人小小的身体里面,其实蕴含着非常丰富的物理学知识.
1.1 力学——机器人的多轴联动
俗话说：麻雀虽小五脏俱全.每一个小小的机器人其实都是由许多小零件构成的,一个机器人能够灵活的运动,得益于其内部组件灵活的多轴连动,图1 示手臂机器人简图,1 是机座,2 是转台,3 是腰座,4 是腕部法兰,5 是小臂,6是大臂,7 是腰转电机.通过齿数、半径不相同的齿轮相互咬合,加上连杆实现传动,其原理就是高中物理力学中杠杆原理在实际中的具体应用.马达的动力需要传送出去,就需要齿轮传动,这是机器人内部最为普遍的传动方式.它的传动比较准确,效率高,结构紧凑,工作可靠,寿命长.很多机器人能够长时间反复多次重复一个动作,就是得益于齿轮传动的优势.现在有很多无人工厂都是采用机器人在高效率作业,如之前央视的：无人工厂,1 小时包10 万个饺子！曾经引起网友热议,其实这不是夸张,而是机器人的高效作业模式.
1.2 电学——机器人里面的电路板
还记得我们最初学习物理的时候接触的串联电路与并联电路吗？实验的时候老师让我们接线,很多同学觉得这非常小儿科.就是这些小儿科的理论,摇身一变出现在了机器人的身上,每台机器人的内部组件都是一块高密度的混合集成电路.图2 示某机器人的光电检测电路,采用E18-D80NK型号的光电传感器,它集发射和接受于一体,红外发射管向某一方向发射红外线,遇到障碍物后红外线被反射由接收管接受,传感器发出的信号经电路传递出去,下一级电路再根据接受到信息从而判断出前方是否有障碍物,以进行路线调节.如果把它的图纸拿出来分析,就会发现这只是其中一个简单的串联电路,而许许多多类似的电路串联与并联电路之后,就构成了机器人.只是它们更加复杂,其中很加入了很多的感温控制器、电触点、加热元件、光电子、精细弹簧、调节螺钉等电气元件,这样才使得每一个动作都非常精确.此外,机器人的机器手臂能够灵活运行,还需要我们会基本编程,输入程序语言之后,机器手里面就是一些电机就会根据指令发出讯号,再通过XYZ 轴坐标系与电机联动,完成精细化动作,以达到我们预想的效果.
二、学科融合——为智能机器人进一步发展助力
智能机器人拥有广阔的发展与应用前景,尤其是近年来仿生学系统、语音识别系统等前沿科技的大量植入,使得机器人除了操作性更为流畅以外,在感觉、识别、推理、判断以及学习能力等方面都取得突破性进展.在机器人进步的道路上,我们可以发现学科融合成为了普遍现象,如物理与生物科技的交叉融合.物理的原理构建了机器人的基础模块,而一个机器人精致的外观,合理的比例构造等都参考了一些生物学知识,如机器人的生物反馈控制协调和本体结构设计,都是仿生学的内容；再比如现在机器人所具备的人工智能其实是生物模式识别研究的基础上,对大脑学习、记忆和思维的过程的模拟.
除此之外,现在很多机器人的程序设定还需要参考心理学、行为学等相关内容,如现在市面上已经都非常多的家庭用学习辅助机器人,不仅可以陪伴孩子玩耍,哄孩子开心,还可以协助他们完成作业,针对孩子们可能会遇到的各类稀奇古怪的问题,机器人也都可以机智作答,受到孩子及家长的一致好评.当前智能机器人的水平已经越来越高,人机交互的需求越来越向简单化、多样化、智能化、人性化方向发展,能够很好地提高人类的生活品质和对未知事物的探索能力.
三、结语
科技在不断地发展,而人们对智能机器人的需求也在不断上升,相信在不久的将来,智能机器人的应用范围会越来越广,不仅可以把人们从繁重的体力劳动中解放出来,而且可以更加智能贴心的帮助人类去探索更多的未知领域.央视春晚上,歌手孙楠“冲冲冲,冲向世界的巅峰”的歌声,机器人整齐划一的舞姿,不仅唱响了那一年的春晚,也唱进了每一个中国人的心坎,在追梦的道路上每个人都要做最勇敢的自己,当然这一切的发展需要我们去探索与尝试,而探索的前提也不是无目的的机械性重复,而是需要掌握更多专业的知识,领悟更多的理论与精华,这样才不会在创造的过程中手足无措.未来智能机器人的发展和研究任重道远,让我们共同学习,为促进中国智能机器人科学技术的发展而努力！
参 考 文 献
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机器人发展论文参考资料：
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