PDF《中小学机器人教育的核心理论研究》

1 所示遥 目前袁市面

88 2018 年第

9 期渊总第

305 期冤 上能够用于开发机器人联机交互系统的软尧硬件产品 比较丰富袁软件有 S4A尧AS-Block尧processing 等袁硬件 有Arduino尧makeymakey尧酷乐宅等[4] 遥图1机器人联机交互系统的核心模块及结构关系 根据图

1 所示袁机器人联机交互系统的基本运行 方式可以概括为院在计算机中编写和运行能够与机器 人交互的计算机程序袁机器人作为控制端实现用户与 计算机程序之间的信息交互遥 换言之袁从构成要素的 角度看袁在机器人联机交互系统中袁交互的过程不是 由某两个要素单向完成袁而是三个要素之间的相互作 用与影响[5] 遥 其交互关系简述如下院 用户与机器人之间院用户根据项目需求搭建机器 人硬件袁控制机器人各元件的输入状态曰同时袁机器人 的执行器通过视觉尧听觉等渠道向用户反馈信息遥 用户与计算机之间院用户操作计算机编写和执行 控制程序曰程序以图像尧声音尧文字等形式给用户反馈 动态信息袁用户可据此判断程序执行情况遥 机器人与计算机之间院计算机程序能够获取机器 人传感器的值并对数据进行分析尧判断曰同时袁计算机 程序可将数据分析结果反馈输出给机器人袁使其行为 发生改变遥 抛开人的因素不谈袁机器人联机交互系统的核心 构成就是机器人硬件端渊简称机器人端冤与计算机程 序端渊简称计算机端冤的两个输入尧输出子系统袁因此袁 也可以从子系统功能的角度对机器人联机交互系统 做进一步刻画袁如图

2 所示遥 图2机器人联机交互系统的子系统构成 渊二冤机器人联机交互系统的特点 与传统的人机交互系统不同袁机器人联机交互系 统具有如下四个特点[5] 院1. 机器人作为一种特殊的交互设备 在传统的人机交互系统中袁大多由鼠标尧键盘尧手 柄等设备实现用户与计算机之间的交互行为袁而在机 器人联机交互系统中袁机器人硬件替代了这些传统的 交互终端遥 2.机器人与计算机同时扮演输入尧输出双重角色 在机器人联机交互系统中袁存在机器人端与计算 机端两个输入尧输出子系统遥 其中袁机器人端的传感器 获取外界环境信息并将数据输入给控制板袁控制板根 据计算结果向执行器渊LED袁数码管等冤输出控制指 令曰 计算机端能够获取机器人端向其输入的数据袁并 通过程序语句向机器人端输出控制指令袁同时运用多 媒体呈现交互结果遥 3. 能呈现丰富的多媒体信息 多媒体信息的呈现同样体现在两个子系统当中院 在计算机端袁能够呈现动画尧声音尧文字尧

图表等多媒 体信息曰在机器人端也可使用多种多样的电子元件反 馈声音尧符号等多媒体信息遥 4. 联机运行 在传统机器人中袁用户将程序上传到主控板并连 接外接电源后袁机器人便可独立运行袁而机器人联机 交互系统无法脱离计算机独立工作遥 在工业领域袁机器人联机交互系统可以解决一些 重要的生产问题袁或提供优质的联机服务遥 由于趣味 交互型教学模式主要面向中小学生袁所要引导学生制 作的交互系统与工业领域中的有所不同袁不仅在制作 难度上不可相提并论袁而且主要强调的是机器人联机 交互系统的趣味性袁以便在寓教于乐的过程中帮助学 生理解机器人联机交互系统的构成与工作方式遥 整体 而言袁富有趣味性的机器人联机交互系统主要体现在 两方面院在机器人端袁可以设计多种多样有别于键盘 和鼠标的交互设备袁这些新颖的交互方式使得交互过 程更具趣味性曰在计算机端袁由于大量多媒体元素的 应用袁可以设计丰富有趣的游戏或动画故事袁使得机 器人联机交互系统比传统的机器人更具可玩性[6] 遥因此袁在实际教学中袁不论是教学案例还是学生作品袁都 应在呈现完整交互系统的基础上强调其趣味性袁引导 学生开发有趣尧好玩的机器人联机交互系统遥 渊三冤趣味性机器人联机交互系统的分类 趣味性机器人联机交互系统有不同的表现形态袁 可以从不同的角度进行分类遥 基于本团队前期开发机 器人教材的实践袁从作品功能的角度看袁目前比较成 熟的作品类别主要有模拟仿真类渊重在模拟或再现客 编程与执行 反馈执行结果 用户 机器人 计算机 搭建与控制 接收与输出信息 反馈执行结果 接收与输出信息 机器人联机 交互系统 机器人硬件端 计算机程序端 输入 输出 输入 输出 获取传感器数值 执行器呈现反馈信息 呈现交互结果 向机器人端输出控制指令 获取机器人端输入的信息