機器人智能科技論文3000字(2)
機器人科技論文3000字篇二
《測量機器人應用與進展》
摘要：本文首先概括了測量機器人的發(fā)展歷史和特點，結合實際工程實踐，對測量機器人實際應用進行了較深入詳細的論述，最后測量機器人的發(fā)展方向進行了展望。
關鍵字：測量機器人;發(fā)展現(xiàn)狀;發(fā)展趨勢
1引言
隨著我國各項建設的快速發(fā)展，各種大型工程項目的建設和大型工程建筑物越來越多,因此，對大型工程建筑物進行變形和穩(wěn)定性監(jiān)測就愈加重要，有關變形監(jiān)測的方法隨著新儀器、新技術的出現(xiàn)而不斷發(fā)展。測量機器人(Measurement robot，或稱測地機器人，Georobot)就是一種能代替人進行自動搜索、跟蹤、辨識和精確照準目標并獲取角度、距離、三維坐標以及影像等信息的智能型電子全站儀，它可以連續(xù)跟蹤目標測量，或按照已經設定的程序自動重復測量多個目標可以實現(xiàn)測量的全自動化、智能化。尤其在小尺度局部坐標測量當中，測量精度高、靈活機動、快速便捷、無接觸等方面，有著其它測量技術不可比擬的優(yōu)勢。本文概要介紹測量機器人發(fā)展和應用。
2測量機器人發(fā)展
測量機器人是在電子經緯儀和紅外測距儀的基礎上發(fā)展而來的，其研究與發(fā)展大致可以分為三個階段：
20世紀70年代中期到80年代中期，電子經緯儀和紅外測距儀已走向成熟，并得到迅速推廣和應用，但存在生產成本高、勞動強度大、非自動化等缺點。為提高生產效率，一些研究機構和廠家進行了大量的研究和實驗，1983年，H.Kahmen教授領導的課題組成功研制出由視覺經緯儀改制而成的組合式測量機器人，用于煤礦的邊坡監(jiān)測，可同時自動檢測幾百個變形目標點，但其集成度不高，精度較低。
20世紀80年代中期到90年代中期是測量機器人的逐步發(fā)展期，Leica公司推出了多種系列測量機器人，它除集成了電子經緯儀、步進馬達、紅外測距儀、CCD傳感器、微處理器和存儲器以外，最主要的是采用了自動目標識別技術，實現(xiàn)了普通棱鏡的長距離的自動識別與精確照準，使測量機器人迅速從室內的工業(yè)測量走向了野外工程測量。
20世紀90年代以來則是測量機器人全面應用與發(fā)展的年代。測量機器人配套了測量軟件系統(tǒng)，并可提供全面的二次開發(fā)工具和方法，基于測量機器人的各種應用與開發(fā)在世界范圍內得到了迅速的發(fā)展和推廣。
3測量機器人的特點
測量機器人具有無人值守，全自動(定時或連續(xù))長期監(jiān)測，監(jiān)測精度高，時處理，可靠性高等特點。測量機器人主要計算機與全站儀的通訊模塊、學習測量模塊、自動測量模塊和成果輸出模塊等幾部分構成。計算機與全站儀的通訊模塊是實現(xiàn)測量自動化的一個最基本的功能模塊，它的主要功能是解決計算機與全站儀之間的雙向數(shù)據(jù)通訊，人工操作計算機來向儀器發(fā)出指令，儀器執(zhí)行相應的操作后返回給計算機一些相應的信息，從而來完成整個通訊過程。學習測量模塊使測量機器人根據(jù)已有的數(shù)據(jù)，使其具有記憶的功能，將測量原始數(shù)據(jù)存儲，并在以后的自動測量中調用數(shù)據(jù)來進行自動化的重復觀測，得到不同時刻觀測點的三維坐標信息，該模塊為以后的自動測量模塊提供了基礎數(shù)據(jù)。自動測量模塊功能主要是根據(jù)用戶的設定，根據(jù)學習測量的數(shù)據(jù)，定時對特定點位進行自動觀測，自動存儲測量成果，包括原始數(shù)據(jù)和經過差分改正后的數(shù)據(jù)，從而得到不同變形點位的變形數(shù)據(jù)，經過多期觀測值的累積同首期觀測值之間的比較差值就可以得到不同點在不同周期下的變形趨勢。成果輸出模塊可以提供變形量報表、不同周期的變形量趨勢圖等資料，使得變形成果資料更加生動和能夠滿足不同用戶的需求。
4測量機器人的應用
利用測量機器人自動跟蹤目標、時時測量的特點，在測繪工程和工業(yè)測量中等均有重要應用。
邊坡(包括自然邊坡和人工邊坡)因受地質產狀、巖性、地質構造、水、人工擾動和地震等因素的綜合影響，造成邊坡失穩(wěn)，從而產生滑坡、崩坍、變形失穩(wěn)、泥石流、塌陷等地質災害，這些地質災害是目前安全生產的最大隱患，目前廣東、四川等一些雨水較多的省份已經利用測量機器人成功對邊坡進行有效和精確的變形監(jiān)測。
在道路路基施工和路面施工中，利用測量機器人時時跟蹤測量的優(yōu)勢，可以隨時得到施工點的平面位置和施工標高，而知道該點的設計標高，就可以得到該點處的填挖高度，從而使道路施工的動態(tài)控制成為可能。大大提高施工效率和精度，減輕測量人員的勞動強度， 實現(xiàn)了道路測量與施工的自動化、一體化、程序化。
測量機器人己經成為大跨度橋梁施工過程中進行施工監(jiān)測和控制的主要工具。在大跨度橋梁結構施工過程中，由于橋梁結構的空間位置隨施工進展不斷發(fā)生變化，要經歷一個漫長和多次的體系轉換過程，若同時考慮到施工過程中結構自重、施工荷載以及混凝土材料的收縮、徐變、材質特性的不穩(wěn)定性和周圍環(huán)境溫度變換等因素的影響，使得施工過程中橋梁結構各個施工階段的變形不斷發(fā)生變化，這些因素均將在不同程度上影響成橋目標的實現(xiàn)，并可能導致橋梁合攏困難、成橋線形與設計要求不符等問題。所以在其施工階段就需要對橋梁施工過程進行監(jiān)控，除保證施工質量和安全外，同時也為橋梁的長期健康監(jiān)測與運營階段的維護管理留下寶貴的參數(shù)資料。
在地鐵隧道變形監(jiān)測中，通過自動化測量機器人監(jiān)測設備系統(tǒng)，把在外力作用下地鐵隧道變化數(shù)據(jù)傳送至控制器或儀器內，通過處理軟件，計算斷面收斂量，再通過互聯(lián)網及遠程通訊系統(tǒng)，使有關各方隨時掌握地鐵隧道收斂情況和規(guī)律，可有效保障地鐵的安全運行。
跨斷層連續(xù)變形監(jiān)測，斷層形變與地震的孕育過程直接相管，用本系統(tǒng)作跨斷層高精度測距和變形監(jiān)測可望作為短臨地震預報的一種新的研究和預報手段，為防震減災作出貢獻。測量機器人的多目標、高精度、、全自動、實時數(shù)據(jù)處理、自動報警等全部優(yōu)異性能, 在這里可以得到充分的發(fā)揮，再與其他短臨預報手段配合，有可能取得積極成果。
測量機器人系統(tǒng)也可廣泛應用于航空、航天、汽車、造船等部門的工業(yè)測量和變形觀測。如在容量計量領域，可用于船舶液艙或其它大容量量器的內部三維坐標點的自動測量與數(shù)據(jù)處理。
5、國內測量機器人應用現(xiàn)狀
我國國內測量機器人的引進方面與國際幾乎同步，但由于經濟和缺乏前期研究等方面的原因，其工程應用略落后于國外，隨著國內經濟的飛速發(fā)展以及大規(guī)模工程建設的需要，國內購買測量機器人的單位日益增多，但其應用狀況和使用效果有待改善。主要表現(xiàn)在以下兩個方面：
1、測量機器人國外配套軟件價格較高，且不符合中國國家規(guī)范或行業(yè)作業(yè)標準，很多單位僅購買測量機器人，沒有購買相應軟件，測量機器人不能發(fā)揮最大優(yōu)勢。因此研究開發(fā)符合中國國情的測量機器人通用系列化自主軟件是目前國內的迫切需要，有較廣闊的應用前景和發(fā)展空間。
2、雖然測量機器人工程應用日益廣泛，應用領域也在不斷擴展，但由于測量機器人的出現(xiàn)時間較短，我國現(xiàn)行的國家規(guī)范或行業(yè)標準中相關測量機器人應用的參照條款較少或比較落后。因此對測量機器人自動化測量的作業(yè)方法、流程、質量控制、成果管理、精度分析等方面要進行系統(tǒng)性的研究，并得出有益的結論，設立規(guī)范或標準，對工程生產有重要的指導意義。
6、測量機器人發(fā)展趨勢
測量機器人自進入全面應用與發(fā)展期以來，其應用研究已比較深入和成熟，但各科研機構和廠家對測量機器人的基礎研究并沒有停止，生產廠家對測量機器人產品也在不斷進行革新和改進。展望21世紀，測量機器人將在以下方面得到顯著發(fā)展。
測量機器人將作為多傳感器集成系統(tǒng)在人工智能方面得到進一步發(fā)展，其應用范圍將進一步擴大，影像、圖形和數(shù)據(jù)處理方面的能力進一步增強。未來的測量機器人不需要合作目標，將可根據(jù)物體的特征點、紋理、輪廓線，用影像處理的方法進行自動識別、匹配和照準目標，采用空間前方交匯的原理獲取物體的三維坐標及形狀。測量機器人將與GPS、GIS技術集成，成為快速獲取被測物體信息的重要儀器。多傳感器集成系統(tǒng)及混合測量系統(tǒng)的應用范圍將進一步擴大，可望在大區(qū)域范圍內進行無控制網的各種測量工作。
7結束語
測量機器人技術是近年來發(fā)展起來的自動化測量技術,在各種工程監(jiān)測、地震、地災等方面具有高效、快速、省時省力等諸多優(yōu)勢,是測繪行業(yè)發(fā)展的一個熱點方向。再加之具有完備的數(shù)據(jù)處理軟件功能, 經實踐證明,測量機器人的發(fā)展和應用前景是非常廣闊的。
參考文獻：
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機器人科技論文3000字篇三
《論如何在科技館中開展中小學機器人教育》
[摘要] 隨著機器人產業(yè)的發(fā)展,世界各國都認識到,培養(yǎng)機器人設計與操作人才的重要性。因此,紛紛出臺政策加強對中小學生的機器人教育?？萍拣^作為重要的校外教育機構,也有必要在此領域發(fā)揮自己的作用。通過分析認為,科技館的機器人教育應定位于中小學機器人校內教育的補充與提高,提出在建構主義教育理論的指導下,以項目學習的模式,開展機器人俱樂部、夏令營及機器人比賽等形式的中小學生機器人教育。
[關鍵詞] 科技館 中小學機器人教育 建構主義 項目學習
自上世紀50年代以來,隨著人工智能技術的迅速發(fā)展,機器人產業(yè)也發(fā)生了日新月異的變化。雖然其初衷是為工業(yè)、農業(yè)、國防等領域服務,但隨著技術的進步及社會需求的發(fā)展,它已對普通公眾的生活產生了潛移默化的影響,在醫(yī)療、教育、娛樂、交通等領域都能看到機器人“身影”,這也使人們愈來愈認識到,培養(yǎng)機器人設計與操作人才對機器人產業(yè)發(fā)展的重要性。因此,目前很多中小學校和校外機構都開設了機器人教育及培訓課程,這對機器人人才儲備而言具有重大意義。而作為校外教育不可或缺的一個環(huán)節(jié),科技館在中小學機器人教育體系中理應占據(jù)一席之地,發(fā)揮出自己的作用。那么,如何發(fā)揮呢?筆者認為,應在明確機器人教育的概念、厘清其發(fā)展現(xiàn)狀的基礎上,結合科學教育理論,確定合適的教育模式并加以實施。
一、機器人教育的概念
1920年,當捷克斯洛伐克作家卡雷爾•恰佩克在他的科幻小說《羅薩姆的機器人萬能公司》中創(chuàng)造出“機器人(Robot)”這個詞的時候,他肯定沒料到在近一個世紀之后,其小說中讓機器人代替人類勞動的情節(jié)已經變成了現(xiàn)實,并且它們還對公眾生活產生了巨大的影響。
伴隨著“機器人”這個詞的誕生,社會各界一直對它的定義爭論不已,但是一般說來,人們都可以接受這種說法,即機器人是靠自身動力和控制能力來實現(xiàn)各種功能的一種機器。聯(lián)合國標準化組織采納了美國機器人協(xié)會給機器人下的定義:“一種可編程和多功能的,用來搬運材料、零件、工具的操作機;或是為了執(zhí)行不同的任務而具有可改變和可編程動作的專門系統(tǒng)。”
那么,什么是“機器人教育”呢?根據(jù)目前被廣泛采用的彭紹東教授的定義,“機器人教育”就是學習、利用機器人,優(yōu)化教育效果及師生勞動方式的理論與實踐。
彭教授根據(jù)機器人在教學中扮演的角色,把機器人教育分為五大類:
(1)機器人學科教學(Robot Subject Instruction,簡稱RSI);
(2)機器人輔助教學(Robot―Assisted Instruction,簡稱RAI);
(3)機器人管理教學(Robot――Managed Instruction,簡稱RMI);
(4)機器人代理(師生)事務(Robot―Represented Routine,簡稱RRR);
(5)機器人主持教學(Robot――Directed Instruction,簡稱RDI)。
國內外目前所開展的主要是前兩個類型,即機器人學科教學(RSI)和機器人輔助教學(RAI)。前者是指以機器人為對象進行學習,學習的內容是“機器人學科”;而后者指的是以機器人為工具進行學習,學習的內容是“自然科學的各個學科”。由于國內外情況的差異,我國中小學目前所開展的機器人教育以“機器人學科教學”為主,而國外則兩種教育類型發(fā)展較為平均,并無特殊偏重。
二、國內外中小學機器人教育的現(xiàn)狀
在一些發(fā)達國家,機器人教育已經成為中小學教育的熱點。在美國,一般通過機器人技術課程、機器人輔助教學課程、課外活動及機器人主題夏令營等定期活動來對中小學生進行機器人教育。比如,美國加利福尼亞州高中工程與技術聯(lián)盟在為高中生開設的工程與技術選修課程中,提供了ROBOTICS課程,主要介紹機器人技術歷史,基礎,術語,微控制,傳感器,程序控制等方面的知識;美國國家自然基金支持的項目“K―12 教育中的機器人技術”,目的是幫助K―12 教師以及其他教育者開發(fā)或改進以機器人作為一種工具,來教授STEM 的課程和開發(fā)機器人技術課程;印地安那州的Purdue大學與LAFAYETTE學校合作,在5至8年級學生課外活動中開展的ROBOTICS項目;Carnegie Mellon大學提供的針對高中生的ROBOCAMP暑期機器人計劃,通過八星期的課程,使學生懂得一些基本的與機器人有關的電子,機械和計算機科學知識。
在日本,其機器人產業(yè)的發(fā)展已經超過了歐美各國,這與他們對機器人教育的高度重視密不可分。他們不光在各個大學設立了機器人研究專業(yè),并且在中小學的教學大綱中也加進了機器人課程。每年定期舉辦針對不同層次學生的機器人設計和制作大賽,各個學校也會在假期舉辦機器人研習營,從而形成了一個多角度、全覆蓋的機器人教育體系。
此外,英國、俄羅斯、巴西、新加坡等國也早已出臺了多項措施推進本國的中小學機器人教育發(fā)展。
而我國的中小學機器人教育則起步較晚,且覆蓋面較小。2000年,北京景山學校以科研課題的形式將機器人普及教育納入到信息技術課程中,在國內率先開展了中小學機器人課程教學。2001年,上海市西南位育中學、盧灣高級中學等學校開始以“校本課程”的形式進行機器人活動進課堂的探索和嘗試。2005年,哈爾濱市正式將機器人引入課堂教學,在哈爾濱師大附小、60中、省實驗中學等41所學校開設了“人工智能與機器人”課程,用必修課形式對中小學生進行機器人科學方面的教育。
除了這些進行正規(guī)課堂教學的學校外,有些中小學則采用興趣班、培訓班的形式開展機器人教育。
慶幸的是,我國政府已經意識到中小學機器人教育的重要性,并在“課標”中有所體現(xiàn)。如教育部在2003年4月正式頒布的《普通高中技術課程(實驗)標準》中,首次在“通用技術”科目中設立了“簡易機器人制作”模塊,它是基于計算機技術的學習的平臺、將機械傳動與單片機的應用有機組合的一個選修課程模塊?，F(xiàn)在,新的高中課程標準在“信息技術”科目中也已設立了“人工智能初步”選修模塊,這是我國高中階段開展人工智能教育邁出的第一步。
不過值得注意的是,在我國中小學機器人教育體系中,科技館所占比例幾可忽略。我們認為作為青少年科普的重要陣地,科技館理應在中小學機器人教育中發(fā)揮更大的作用。
三、科技館與中小學機器人教育
1.科技館在中小學機器人教育中的定位
作為校外科普機構,科技館不可能將完成“課標”為己任,而是應定位于中小學機器人校內教育的補充與提高。就中國的情況而言,我們認為,補充的內容應該是校內教育極少涉及的機器人輔助教學(RAI),而提高的內容是校內教育已有一定基礎的機器人學科教學(RSI)。
2.科技館在中小學機器人教育中可采用的指導理論
在杜威“做中學”、皮亞杰的“發(fā)生認識論”以及維果斯基“心理發(fā)展的文化歷史學說”基礎上發(fā)展起來的建構主義教育理論(本文的討論范圍不包括激進的建構主義〈radical constructionism〉),近年來已經在科學教育領域中產生了巨大影響。
建構主義認為,世界是客觀存在的,但世界的意義卻是由人建構的。它強調知識的動態(tài)發(fā)展性,并認為知識不是通過教師傳授得到的,而是學習者在一定的情境(即社會文化背景下),借助其他人(包括教師和學習伙伴)的幫助,利用必要的學習資料,通過意義建構的方式而獲得。由于學習是在一定的情境(即社會文化背景下),借助其他人的幫助(即通過人際間的協(xié)作活動)而實現(xiàn)的意義建構過程,因此建構主義學習理論認為“情境”、“協(xié)作”、“交流”和“意義建構”是學習環(huán)境中的四大要素。
在學習過程中,學習者處于中心地位,是信息加工的主體,要主動對意義進行建構;而教師則是意義建構的幫助者,而非知識的灌輸者。故在此理念下,整個學習過程中,學生要充分發(fā)揮自己的主動性,使用探究的方式,以自己已有的知識和經驗為基礎,努力構建屬于自己的新知識;他們需要主動搜集、分析相關信息、資料,并對要學習的問題提出假設并加以驗證。而教師的任務則是激發(fā)學生的學習興趣,創(chuàng)設符合學習內容的情境,提示新舊知識之間聯(lián)系,引導學生之間的協(xié)作、對話,從而幫助學生完成新知識的構建。
建構主義教育理論與科技館教育的教育特點非常契合。因為“科技館教育的本質特點在于它模擬再現(xiàn)了科研和生產活動的實踐過程,并且不是簡單地模擬再現(xiàn),而是以學習為目的、經過改造的模擬再現(xiàn),創(chuàng)造了引導觀眾進入探索與發(fā)現(xiàn)科學過程的條件?？萍拣^提供的‘從實踐中學習’的途徑不僅成為它與其他教育、傳播機構及傳統(tǒng)博物館的最大區(qū)別,而且是科技館生存與發(fā)展的價值所在。”也就是說,科技館的教育需要創(chuàng)設學習情境,引導觀眾自己進行意義建構,并且在此過程中,可能伴有觀眾與科技館員工或觀眾之間的交流,這恰恰正是一個完整的建構主義者所提倡的教育過程。
3.科技館在中小學機器人教育中可采用的模式
1918年,著名教育學家克伯屈(William Heard Kilpatrick)在他名為《項目(設計)教學法:在教育過程中有目的活動的應用》的文章中,首次提出了“項目學習(Project-based Learning)”的概念,用以說明有目的的設計行為對教育的重要性及其在教育過程中的應用。它讓“學生自己計劃、運用已有的知識經驗,通過自己的操作,在具體的情境中解決實際問題”。它是“一套能使教師指導兒童對真實世界進行深入研究的課程活動,它在真實世界中讓學生借助多種資源開展探究活動,并在一定時間內解決一系列相互關聯(lián)著的問題的一種新型的探究性的學習,具體表現(xiàn)為構想、驗證、完善、制造出某種東西,它可以是有形的由學生制作的物體,如書、劇本或一項發(fā)明等。”20世紀二三十年代,項目教學法已經在美國一些學校的低年級中得到了運用,到20世紀八九十年代,則在廣大中小學中得到了普遍推廣。
我們認為,項目學習法正是在科技館中進行機器人教育所可以采用的模式。不論是機器人學科教學(RSI),還是機器人輔助教學(RAI),都可以項目學習的模式開展。而可采用的活動形式有機器人俱樂部、夏令營、機器人比賽等。
選定項目后,就需要組織學生對主題的探究活動。這一階段一般都以學習小組或團隊的形式進行。學生首先要對項目的主題進行調查、討論,提出解決問題的假設;然后收集相關信息,對它們進行處理和分析,再驗證或推翻之前的假設,最終得出問題的解決方案。在整個探究過程中,為有利于學生自我知識的建構,應對他們的一切探索和決定都持鼓勵態(tài)度,而毋須規(guī)定出唯一正確的答案。
四、結論
科技館作為重要的校外教育機構,也有必要在此領域發(fā)揮自己的作用。本文通過分析認為,科技館的機器人教育應定位于中小學機器人校內教育的補充與提高,補充的內容應該是校內教育極少涉及的機器人輔助教學(RAI),而提高的內容是校內教育已有一定基礎的機器人學科教學(RSI)。具體應在建構主義教育理論的指導下,以項目學習的模式,開展機器人俱樂部、夏令營及機器人比賽等形式的中小學生機器人教育。
參考文獻:
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