發(fā)布時間：2021-01-15所屬分類：教育論文瀏覽：1次
摘 要： 【摘要】現(xiàn)代社會經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，科技也得到了迅猛的進(jìn)步，許多在上一代人觀念中難以實現(xiàn)的事實也隨著科技的應(yīng)用得到實現(xiàn)，智能機器人在現(xiàn)階段處在不斷研發(fā)和應(yīng)用的階段。高中生對于這類內(nèi)容有著較強的興趣，許多高校也開設(shè)了相關(guān)的人工智能或機器人專業(yè)，這
【摘要】現(xiàn)代社會經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，科技也得到了迅猛的進(jìn)步，許多在上一代人觀念中難以實現(xiàn)的事實也隨著科技的應(yīng)用得到實現(xiàn)，智能機器人在現(xiàn)階段處在不斷研發(fā)和應(yīng)用的階段。高中生對于這類內(nèi)容有著較強的興趣，許多高校也開設(shè)了相關(guān)的人工智能或機器人專業(yè)，這使得高中生的學(xué)習(xí)有了前進(jìn)的明確目標(biāo)和方向。高中的許多知識實際上也已經(jīng)在智能機器人的研發(fā)中得到了應(yīng)用，本文就此探討了相關(guān)的內(nèi)容。
【關(guān)鍵詞】高中知識;智能機器人;研發(fā)運用
引言
目前高中的數(shù)理化知識中有不少已經(jīng)應(yīng)用于人工智能的發(fā)展和研究，同時也有一部分學(xué)習(xí)內(nèi)容能夠有助于更好的了解智能機器人。智能機器人的研究方向較為廣泛，有運動軌跡和運動姿態(tài)的研究、機器人內(nèi)部發(fā)電原理的研究、制作機器人材料的特點和優(yōu)勢研究。同時也可以根據(jù)機器人的實際應(yīng)用范圍進(jìn)行分類，如現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的家務(wù)型機器人、工業(yè)中的操作性機器人、用于自然災(zāi)害或急救行動中的搜救類機器人，越來越多類型的機器人得到研發(fā)和實踐，而所有機器人的根本都是驅(qū)動和控制。其中也包含著豐富多樣的理科知識。
高中數(shù)學(xué)知識在智能機器人研發(fā)過程中的運用
在高中數(shù)學(xué)的笛卡爾坐標(biāo)系中的直角坐標(biāo)系以及大部分學(xué)習(xí)過的函數(shù)都能夠有效應(yīng)用在操控機器人上，機器人的動作姿態(tài)以及運動軌跡、指令變化等內(nèi)容都需要利用數(shù)學(xué)中的內(nèi)容才能有效實踐。智能機器人活動結(jié)構(gòu)之間以及連桿之間需要通過多個世界坐標(biāo)系來建立數(shù)學(xué)模型和定義物理變化，為了指令能夠做到清晰準(zhǔn)確，需要在每個自由度上建立分坐標(biāo)系，即局部坐標(biāo)系。通過基本的拋物線在笛卡爾空間中的節(jié)點計算出活動結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動酵素和速度，然后在每個節(jié)點之間利用拋物線進(jìn)行函數(shù)繪畫即可[1]。
高中化學(xué)知識在智能機器人研發(fā)過程中的運用
化學(xué)同樣與智能機器人的研發(fā)有著密切的聯(lián)系，其中材料化學(xué)中高分子化合物與材料對于機器人的制作有著重要的意義，在機器人外殼的設(shè)計上，可以根據(jù)其用途選擇仿真的人體纖維外殼或者能夠有效抵抗直接作用在外殼上暴力的堅硬材料。同時芯片、傳感器等內(nèi)部材料同樣需要借助化學(xué)知識，選擇穩(wěn)定的材料。同時機器人能源如電池等原材料的性能也直接決定了智能機器人的品質(zhì)。
高中物理知識在智能機器人研發(fā)過程中的運用
物理學(xué)作為機器人專業(yè)的關(guān)鍵，包含了大部分機器人的理論基礎(chǔ)，其中光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)、聲學(xué)等都有涉及到。首先要控制機器人的運動速度就需要在電腦上繪制其v-t圖，建立起先加速再勻速最后減速停下的機器人運動速度，通過機器人內(nèi)部傳感器鎖進(jìn)行感知和接收，同時利用其他基礎(chǔ)物理學(xué)內(nèi)容又可以將其進(jìn)行優(yōu)化，使得更符合人性化的設(shè)計，操作更為便利，如機器人可以接收人的聲音指令，那么便是通過聲波的識別和接收來進(jìn)行的，例如現(xiàn)在的很多智能手機都帶有智能助手，能夠輸入固定指令來啟動，為用戶提供更加便捷和高效的服務(wù)，在智能機器人中應(yīng)用該功能則是模擬仿真人類的聽覺。同時給智能機器人裝置眼睛是通過光來進(jìn)行識別，這一原理利用的缺點是反光情況下機器人無法識別物體。機器人的任何行動都與物理中的力學(xué)、電磁學(xué)、電學(xué)有著密切的聯(lián)系，各式各樣的傳感器也具備這多樣的物理原理。
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以智能掃地機器人為例，其運動系統(tǒng)一般由驅(qū)動電機以及減速波箱兩部分構(gòu)成，廠家根據(jù)情況選擇小功率直流電機或步進(jìn)電機以及無刷電機等。但由于這類電機轉(zhuǎn)速和扭矩難以直接滿足智能掃地機器人的驅(qū)動要求，需要對電機進(jìn)行減速和增大扭矩，以此滿足小體積的工作需求。其中就運用到了杠桿原理，杠桿包含支點、受力點和施力點三點，滿足三點條件即為杠桿，杠桿平衡的條件是動力乘以動力臂等于助力乘以阻力臂。在雙齒輪中可以明顯看到杠桿的模型，小齒輪為阻力，小齒輪半徑為阻力臂，大齒輪為動力，大齒輪半徑為動力臂，半徑越大力相應(yīng)越小，因此小齒輪的模數(shù)要比大齒輪要更大，以此滿足小齒輪的應(yīng)力要求。同時齒輪除了能夠改變力的大小，對于速度也有著影響。功率是力和速度的乘積，從能量守恒定律來看，動力通過齒輪傳遞時，由于效率問題齒輪本身也消耗了能量，因此齒輪摩擦?xí)r會產(chǎn)生熱能。速度一定時功率和力是成正比，功率和速度的關(guān)系是力一定是功率和速度成正比，因此做功的力越大，其速度越大。力學(xué)所涉及到內(nèi)容一般是設(shè)計智能掃地機器人的驅(qū)動功率是所需要應(yīng)用，地面的正常摩擦系數(shù)在0.1到0.2之間，滑動摩擦力則為動摩擦因數(shù)正壓力，對于自重約在4公斤的智能機器人，滑動摩擦力為4-8牛，常規(guī)智能掃地機器人移動速度較慢，目測取1.5m/s，可以得出移動功率為4-6瓦，減速波箱的效率假設(shè)為0.8，可得出結(jié)果智能掃地機器人的直流電機功率為5-7瓦[2]。還有如搬運物件的智能機器人為例，在工作中會面對各種各樣的問題，特別是運動學(xué)問題，將所有問題的求解預(yù)先設(shè)計到機器中是難以實現(xiàn)的，特別是在搬運雜物或者在危險的環(huán)境下工作，而且搬運的物體形狀、性質(zhì)也有差異，因此需要智能機器人能夠掌握一定基礎(chǔ)物理學(xué)，通過電腦進(jìn)行模擬[3]。
結(jié)語
總而言之，高中知識其實以及被廣泛應(yīng)用到智能機器人的各項研究和制作過程中，對于高中生而言，制作具有一定的難度和挑戰(zhàn)性，需要將數(shù)理化各科知識進(jìn)行有機的結(jié)合，構(gòu)建完整的知識體系，數(shù)學(xué)作為機器人算法的基礎(chǔ)是必備的，物理學(xué)對于機器的正常運動以及工作起到?jīng)Q定性作用，化學(xué)則是實現(xiàn)機器人專業(yè)化和人性化的重要手段。——論文作者：劉璐寧
