一、机器人与教育机器人
机器人广义上指模拟人类行为或思想、其他生物的机械;狭义上指用电脑程序控制,能模拟人类行为、承担工作任务的机器。它不知疲倦地进行重复性劳动,在危险环境中工作,甚至在外貌、行为、认知上模仿人类,是人工智能研究的重要领域。现代机器人越来越智能化,可定义为计算机控制的可编程自动机械电子装置,具有计算机控制、感知能力、记忆和学习功能等特征。机器人学研究机器人设计、组装、运作及应用技术等。
(一)机器人的发展历史
古代机器人 :从公元前 14 世纪到 19 世纪以前,能工巧匠们制造出许多古代机器人,采用机械、水流、蒸汽等技术,实现计时、娱乐、辨方向等功能,如巴比伦漏壶计时器、古希腊希罗的气转球等。
示教再现机器人(工业机器人) :1954 年,美国发明家德沃尔提出工业机器人概念,申请专利。1959 年,英格伯格和德沃尔制造出第一台工业机器人,后成立 Unimation 公司。1961 年,Unimate 机器人被安装在通用汽车公司生产线。此阶段机器人有记忆、存储能力,能按程序模拟人类运动,但对环境无感知与反馈控制能力。
带感觉的机器人 :配备感觉传感器,有视觉、听觉、触觉等功能,能获取环境和操作对象信息,由计算机分析处理后调整工作状态,完成不同环境下任务,也称自适应机器人。1965 年,美国约翰・霍普金斯大学研制出 Beast 机器人,标志带感觉机器人兴起。
智能机器人 :21 世纪初至今,由于人工智能、机器学习、深度学习等发展,机器人具备环境感知、识别理解、逻辑思维、判断决策等能力,能自主行动实现目标,如波士顿动力的 Spot 机器人、特斯拉的 Optimus 机器人。生成式人工智能为机器人提供更强大感知、认知和决策能力,助力机器人技术发展。
(二)机器人的类别
根据仿生类别划分
外形仿生机器人 :外观类似生物,可和活体交互,如双足仿人机器人、四足机器狗等。
行为仿生机器人 :根据生物行为原理,采用行为模型与外界环境互动,如智能机器人、交互机器人等。仿生原理多样,包括对躯体构型、体表外形、微观结构、感知器官、神经系统、运动功能、群体行为等的仿生。
根据应用场景划分
工业制造 :用于装配、焊接、涂装、搬运等工作,提高生产效率和质量。
物流仓储 :完成货物搬运、分拣、装箱等工作,提高物流效率。
农业领域 :用于种植、施肥、喷药、收割等,提高农业生产效率和质量。
医疗保健 :用于手术、康复、护理等,减少人为操作风险和误差。
家庭服务 :用于清洁、烹饪、护理等,提高生活质量和便利性。
教育科研 :作为教学助手、实验室助手等,提高教学效果和科研成果。
军事领域 :分为地面、海洋、空中军用机器人,用于不同军事任务。
探索领域 :用于太空探索、深海探测等任务。
娱乐领域 :用于表演、游戏、宠物等,带来全新体验。
环保领域 :用于垃圾分类、污水处理、空气监测等任务。
(三)教育机器人
教育机器人通过机器人教授知识,提高学生信息技术能力和创新能力,可激发学生学习兴趣和能力。其发展历史可追溯到上世纪 80 年代,目前应用于各个教育阶段。工作原理包括感知、决策和执行三个环节。例如,能力风暴 Ablilix 教育机器人具有多种传感器和执行器、开放性编程平台等,可培养学生的逻辑思维、动手能力和创造力。在机器人编程教育方面,不同机器人的目标受众、功能、编程平台、外观设计、应用场景等有所不同,如优必选 Jimu 机器人和大疆 RoboMaster 机器人。

