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机器人编程教程1机器人简介(一)
2023-08-26 21:10:22 】 浏览:88
Tags:程教程 简介

1 机器人简介

我们将制作一个机器人,并为其创建程序,赋予机器人行为,使其看起来具有智能并能够做出决策。我们将编写代码,使用传感器观察机器人周围的环境,并构建高级主题的实际示例,包括视觉、语音识别和说话。

您将看到简单的构建技术如何与少量代码相结合,使机器感觉像某种宠物。你还将看到当机器出错时如何进行调试。您还将了解如何让机器人向您反馈问题,以及如何选择您想要演示的行为。我们将为它连接一个手柄,让它进行语音控制,最后还将教你如何计划进一步的机器人制作。

在开始制作机器人之前,我们应该先了解一下什么是机器人。我们可以探索一些机器人类型,以及区分机器人和其他机器的基本原理。你会想一想机器人和非机器人机器之间的界限在哪里,然后也许会用有些模糊的事实把这条界限弄得有点模糊。然后,我们将看看业余爱好者和业余机器人爱好者制造的一些机器人。

在本章中,我们将讨论以下主题:

  • 机器人是什么?
  • 探索先进的、令人印象深刻的机器人
  • 探索家用机器人
  • 探索工业机器人
  • 竞技、教育和业余爱好机器人

1.1 机器人是什么?

机器人是一种根据传感器的输入自主决策的机器。软件代理是自动处理输入并产生输出的程序。也许将机器人描述为带有传感器和移动输出的自主软件代理最恰当,或者将其描述为带有运行软件的机电平台最恰当。无论如何,机器人都需要电子设备、机械零件和代码。

机器人这个词会让人联想到梦幻般的科幻作品,具有传奇般的力量和智慧的装置。这些机器人通常遵循人体结构,因此被称为机器人(android),一种类似人类的机器人。它们通常被赋予个性,行为举止就像人,而这个人在某种程度上是幼稚的:

机器人一词来自科幻小说。该词源于捷克语,意为奴隶,最早出现在1921年卡雷尔-卡佩克的戏剧《罗森的万能机器人》中。科幻小说作家艾萨克-阿西莫夫(Isaac Asimov)在探索智能机器人行为时创造了机器人这个词。

在我们的家庭和工业中,大多数真实的机器人并不先进和引人注目。它们大多没有两条腿,甚至没有任何腿。有些机器人有轮子,有些虽然不能移动,但仍有活动部件和传感器。

现代洗衣机、自动吸尘器、完全自动调节的锅炉和空气采样风扇等机器人已经渗入我们的家庭,成为日常生活的一部分。它们并不具有威胁性,已经成为我们身边的另一种机器。不过,3D 打印机、机械臂和学习玩具则更令人兴奋:

机器人的核心可以简化为电机等输出端、传感器等输入端以及用于处理或运行代码的控制器。因此基本的机器人应该是这样的:

  • 它有输入和传感器,用于测量和采样环境属性。
  • 它有电机、灯光、声音、阀门或加热器等输出端来改变环境。
  • 它利用输入的数据自主决定如何控制输出。

现在,我们将在下一节了解一些先进的机器人。

1.2 探索先进的、令人印象深刻的机器人

现在大家对机器人有了一个总体的了解,下面我将介绍一些具体的例子,它们代表了目前最杰出的机器人,以及它们的能力。除了火星机器人外,人类和动物形态的机器人因其适应性强而受到这些机器人制造商的青/睐,这与为工业用途设计的机器人形成了鲜明对比,它们都是为了单一重复使用而设计的。

  • 机器人1

麻省理工学院的Cog。Cog尝试在动作和传感器方面与人类相似。

  • 机器人2

本田ASIMO,它的走路和说话方式有点像人类。ASIMO的两个摄像头能避开物体,还能识别手势和脸部,并有激光测距传感器来感知地面。它还能通过红外线传感器跟踪地板上的标记。ASIMO可接受英语和日语语音指令。

  • 机器人3

软银机器人公司的Nao机器人。这个高58厘米的可爱机器人被设计为供用户编程的学习和游戏机器人。它有传感器来检测自己的运动,包括是否摔倒,还有超声波距离传感器来避免颠簸。Nao使用扬声器和麦克风进行语音处理。它有多个摄像头,可以完成与ASIMO类似的动作。

  • 机器人4

是波士顿动力公司的Atlas。这款机器人两条腿行动迅速,动作自然。它有一个激光雷达(LIDAR)阵列,用来感知周围的情况,从而规划自己的行动,避免碰撞。

  • 机器人5

波士顿动力公司的 BigDog,它是一个四条腿的机器人,或称四足机器人。它可以行走和奔跑。它是最稳定的四足机器人之一,在被推搡和冰雪路面行走时都能保持直立。

你们将在自己制作的机器人中增加一些类似的功能。我们将使用距离传感器来避开障碍物,与Nao,一样使用超声波传感器,并讨论像ASIMO一样的激光测距传感器。我们将探索用于视觉处理的摄像头、用于跟踪地板标记的线性传感器,以及用于执行口语命令的语音处理。我们还将为Cog的头部那样的摄像头制作平移和倾斜装置。

1.2.1 火星漫游车

火星漫游车机器人是为
在另一个星球上工作而设计的,在那里,如果机器人坏了,人类是没有机会进行干预的。它们的设计非常坚固。更新的软件只能通过远程链接发送到火星车上,因为派人带着屏幕和键盘上去是不现实的。火星车的设计是无头的:

火星车依靠轮子而不是腿,因为稳定轮子上的机器人要比稳定腿上的机器人简单得多,出错的可能性也更小。火星车上的每个轮子都有自己的电机。这些轮子的布置是为了提供最大的抓地力和稳定性,以应对火星的岩石地形和较低的重力。

火星车在火星上着陆时,其灵敏的相机是折叠起来的。着陆后,通过伺服电机将相机展开并定位。相机通过一个摇摄和俯仰装置进行定位。它需要拍摄尽可能多的火星景观,并将镜头和图片传回美国宇航局进行分析。

与火星机器人一样,你在本书中要制作的机器人也使用电机驱动的轮子。我们的机器人还可以在没有键盘和鼠标的情况下运行,是无头设计。随着机器人功能的扩展,我们还将使用伺服电机来驱动摇摄和俯仰机构。

1.3 发现家中的机器人

许多机器人已经渗入我们的家庭。它们之所以被当作机器人而被忽视,是因为乍一看,它们显得普通而平凡。然而它们比表面看起来更复杂。

1.3.1 洗衣机

在一些家庭中,洗衣机每天都在不停地清洗、脱水和烘干衣物。但这怎么能算是机器人呢?

中央控制器与显示屏相连,可控制选择程序。从控制器输出的线路是输出端。进入控制器的连接线是来自传感器的数据。从输出端到传感器的虚线显示了现实世界中输出动作引起传感器变化的闭环。这就是反馈,机器人技术中的一个基本概念。

洗衣机通过显示屏和按钮让用户选择设置并查看状态。按下启动按钮后,控制器会检查门传感器,如果门是开着的,控制器会理智地拒绝启动。一旦门关闭并按下启动按钮,控制器将输出锁门信号。之后,控制器会使用加热器、阀门和泵将加热过的水注入桶中,并通过传感器反馈来调节水位和温度。

每个过程都可以用一组类似的语句来表示,这些语句同时向水桶注水并保持水桶加热:

start water pump
turn on the water heater

while water is not filled and water is not hot enough:
  if water filled then
    stop water pump
  if the water is hot enough then
    turn off heater
  else
    turn on the water heater

注意这里的 "else",以防水温略微低于正确温度。然后,洗衣机开始滚筒脱水程序--慢转、快转、感应速度以满足标准。洗衣机会排空滚筒,脱干衣物,松开门锁,然后停止。

无论从哪个方面看,这台洗衣

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