導(dǎo)語：如何才能寫好一篇人工智能普及教育，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關(guān)鍵詞：小學(xué)；機(jī)器人教育；信息技術(shù)；技術(shù)教育

中圖分類號：G622 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1002-7661（2013）04-222-01

2003年教育部把“人工智能基礎(chǔ)”課程作為信息技術(shù)教學(xué)的技術(shù)選修模塊引入小學(xué)選修課程中之后，我國的人工智能教育在大眾化和普及化層面上進(jìn)入了一個新的階段。智能機(jī)器人作為人工智能的重要應(yīng)用領(lǐng)域， 在小學(xué)中獲得了迅速的發(fā)展。

一、在小學(xué)開展機(jī)器人教育的必要性

由于知識經(jīng)濟(jì)的出現(xiàn)，知識正在成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)和經(jīng)濟(jì)增長的驅(qū)動力；擁有先進(jìn)技術(shù)和最新知識，尤其是擁有知識創(chuàng)新能力的人，也因此成為生產(chǎn)中決定性的要素，成為國家最重要的戰(zhàn)略資源。機(jī)器人技術(shù)涉及多門科學(xué)，是一個國家科技發(fā)展水平和國民經(jīng)濟(jì)現(xiàn)代化、信息化的重要標(biāo)志，因此，機(jī)器人技術(shù)是世界強(qiáng)國重點發(fā)展的高技術(shù)，也是世界公認(rèn)的核心競爭力之一，很多國家已經(jīng)將機(jī)器人教育列為學(xué)校的科技教育課程，在孩子中普及機(jī)器人學(xué)知識，從可持續(xù)和長遠(yuǎn)發(fā)展的角度，為本國培養(yǎng)機(jī)器人研發(fā)人才。

二、新形勢下農(nóng)村小學(xué)機(jī)器人教育的課程目標(biāo)

小學(xué)機(jī)器人教育課程是為了進(jìn)一步落實信息技術(shù)教育的選修課程，以培養(yǎng)學(xué)生良好的信息素養(yǎng)、創(chuàng)新精神和實踐能力為主要目標(biāo)。機(jī)器人教育以培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維為主線，以綜合性、實踐性和探究性為學(xué)習(xí)特征。不要求學(xué)生立刻參加各種機(jī)器人競技大賽和將來投身機(jī)器人開發(fā)行業(yè)，而是培養(yǎng)學(xué)生對智能機(jī)器人的興趣，讓學(xué)生了解和掌握以智能機(jī)器人為載體的通用技術(shù)與信息技術(shù)的基本知識和技能，了解技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用對人類生活和科學(xué)的深刻影響。還要使學(xué)生學(xué)會運用信息技術(shù)增進(jìn)交流與合作，拓展視野，形成解決實際問題的能力和終身學(xué)習(xí)的能力。

三、新形勢下農(nóng)村小學(xué)機(jī)器人教育的發(fā)展對策

1、教育部門在機(jī)制建設(shè)、政策完善和課程標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)方面應(yīng)切實發(fā)揮作用

教育部門要制訂明確的機(jī)器人教育發(fā)展規(guī)劃，在課程體系建設(shè)、考試評價和激勵機(jī)制等方面加以保障。從目前來看，課程標(biāo)準(zhǔn)和評價激勵措施的制定已經(jīng)刻不容緩。課程標(biāo)準(zhǔn)是機(jī)器人教育發(fā)展的風(fēng)向標(biāo)，直接決定著教材開發(fā)、師資建設(shè)的進(jìn)度，其重要意義不言自明。評價激勵措施對剛剛走上發(fā)展快車道的機(jī)器人教育更為重要，完善評價激勵措施不僅是對學(xué)校和教師勞動成果的尊重，也是不可或缺的行政推動舉措。筆者呼吁政府和教育行政部門盡快出臺相關(guān)評價激勵政策，將機(jī)器人教育納入中考范圍，提高學(xué)校和教師的積極性，使機(jī)器人教育常規(guī)化、普及化。

2、加大機(jī)器人教師隊伍建設(shè)力度

機(jī)器人教育的深入發(fā)展離不開教師隊伍的建設(shè)，教師隊伍建設(shè)離不開多層次的教師培訓(xùn)。一般來說，培訓(xùn)分為骨干培訓(xùn)與全員培訓(xùn)。骨干培訓(xùn)由省、市教育部門組織，全員培訓(xùn)則由縣、區(qū)教育部門組織，也包括各學(xué)校的校本培訓(xùn)。我們應(yīng)將骨干培訓(xùn)與全員培訓(xùn)相結(jié)合、集中培訓(xùn)與日常學(xué)習(xí)實踐相結(jié)合，重點從教育思想、教學(xué)理念和技術(shù)素養(yǎng)幾個方面實現(xiàn)師資培養(yǎng)的突破。各學(xué)校要保持機(jī)器人研究團(tuán)隊（包括機(jī)器人輔導(dǎo)教師和學(xué)生）的梯度發(fā)展，保證高質(zhì)量的研究團(tuán)隊和充足的研究時間，不斷為機(jī)器人教育注入活力 。

3、加強(qiáng)校本課程開發(fā)，探索機(jī)器人課堂教學(xué)

在三級課程體系下，校本課程的開發(fā)能夠有效地實現(xiàn)機(jī)器人教育的價值。各學(xué)校應(yīng)該根據(jù)實際，在合理選擇機(jī)器人產(chǎn)品的同時，盡量學(xué)內(nèi)容，逐步對機(jī)器人教材進(jìn)行二次開發(fā)，將其轉(zhuǎn)化為適合學(xué)校機(jī)器人教學(xué)實際的校本教材，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)校本課程。要加強(qiáng)校本課程開發(fā)，遵循學(xué)生的年齡特點，因材施教，使小學(xué)機(jī)器人教育教學(xué)成為青少年能力、素質(zhì)培養(yǎng)的智能平臺。智能機(jī)器人教學(xué)內(nèi)容可以借鑒北京景山學(xué)校的做法。在小學(xué)階段，學(xué)生注意新鮮、感興趣的事物，對周圍世界有強(qiáng)烈的好奇心和探索欲望，喜歡操作具體形象的物體。此階段主要使學(xué)生了解智能機(jī)器人的基本結(jié)構(gòu)和工作方式。教學(xué)內(nèi)容為：搜集機(jī)器人圖片、展示機(jī)器人的發(fā)展?fàn)顩r，學(xué)習(xí)為一種智能機(jī)器人下載程序的方法。用現(xiàn)成的程序開展智能機(jī)器人的游戲和比賽項目。智能機(jī)器人教學(xué)安排在四年級較合適。

4、處理好機(jī)器人競賽與普及教育的關(guān)系

機(jī)器人競賽的根本價值是其教育價值，競賽是手段，而不是目的。在積極參加競賽的同時，更要注意大面積地對學(xué)生進(jìn)行普及教育，實現(xiàn)競賽與普及教學(xué)相互依存、相互促進(jìn)，避免機(jī)器人教育走入“競賽至上”的誤區(qū)。這要求我們，一方面要合理利用資源，學(xué)?？蓪⒏傎悪C(jī)器人和教學(xué)機(jī)器人分開使用，還可以使用機(jī)器人模擬系統(tǒng)或者自主研發(fā)一些適合學(xué)生動手制作的簡易機(jī)器人，解決競賽機(jī)器人數(shù)量有限導(dǎo)致的“小眾化”問題；另一方面，要積極開發(fā)課外學(xué)習(xí)資源，為大多數(shù)學(xué)生提供自主學(xué)習(xí)的平臺，提高學(xué)生的機(jī)器人素養(yǎng)。

結(jié)束語

我國小學(xué)機(jī)器人教育的深入開展，需要教育政府、小學(xué)學(xué)校、機(jī)器人廠商的協(xié)作與努力。探索機(jī)器人教育的理論與實踐問題，更好的服務(wù)于廣大學(xué)生，是教育工作者責(zé)無旁待的使命。機(jī)器人教育要與信息化教學(xué)相結(jié)合，全面體現(xiàn)課改精神，更好地培養(yǎng)21世紀(jì)人才的創(chuàng)新能力。

篇2

小學(xué)機(jī)器人教育立體化教材包括教材和教學(xué)支持網(wǎng)站兩大部分內(nèi)容,教學(xué)網(wǎng)站能夠動態(tài)的更新教學(xué)內(nèi)容、提供教學(xué)案例和視頻課件,還能為廣大的機(jī)器人愛好者提供交流的平臺。 通過近一年的研究活動,本文作者認(rèn)為本研究基本達(dá)到了預(yù)期設(shè)想,主要完成了以下工作: 首先,對目前小學(xué)機(jī)器人教育的情況進(jìn)行了概述。在論述小學(xué)階段開展機(jī)...機(jī)器人|教育立體化

1.1研究背景“科技創(chuàng)新是一個民族、一個國家自立于世界的靈魂”。智能機(jī)器人是現(xiàn)代高科技的集成體,是21世紀(jì)的科技至高點之一。一些發(fā)達(dá)國家已把智能機(jī)器人比賽作為創(chuàng)新教育的戰(zhàn)略性手段。智能機(jī)器人集成了數(shù)學(xué)、力學(xué)、機(jī)械、電子、自動控制、傳感器、通信、計算機(jī)、人工智能,是眾多領(lǐng)域的高科技,在學(xué)生中進(jìn)行機(jī)器人教學(xué),不僅可以普及信息技術(shù),同時也可培養(yǎng)開發(fā)學(xué)生的動手能力、創(chuàng)新意識、綜合能力、協(xié)作能力和進(jìn)取精神等。從二十世紀(jì)末到本世紀(jì)初的短短幾年時間內(nèi),機(jī)器人競賽的熱潮迅速在全世界范圍內(nèi)掀起。從美國三一學(xué)院的機(jī)器人滅火、韓國的FIRA、日本的Roboc叩、FLL挑戰(zhàn)賽,到國內(nèi)的青少年電腦機(jī)器人競賽、中小學(xué)電腦制作活動、中小學(xué)信息技術(shù)創(chuàng)新與實踐活動等等,使青少年有機(jī)會接觸到這一高科技的產(chǎn)物。機(jī)器人本身作為機(jī)電一體化的產(chǎn)品,最早是在大學(xué)里與機(jī)械、自動化有關(guān)的專業(yè)中開設(shè)機(jī)器人課程。

1981年,RP.Paul出版了第一本機(jī)器人學(xué)課本《機(jī)器人操作臂的建模、編程與控制》,標(biāo)志著機(jī)器人學(xué)己發(fā)展成為一門獨立的學(xué)科。日本、美國等一些發(fā)達(dá)國家高度重視機(jī)器人學(xué)科教育對高科技社會的作用和影響,已在信息技術(shù)課與課外科技活動開設(shè)了有關(guān)機(jī)器人的課程內(nèi)容。自1992年開始,美國政府有關(guān)部門在全國高中生中推行“感知和認(rèn)知移動機(jī)器人”計劃,高中生可免費獲得70千克重的一套零件,自行組裝成遙控機(jī)器人,然后可參加有關(guān)的比賽。日本發(fā)展機(jī)器人起步比號稱“現(xiàn)代機(jī)器人故鄉(xiāng)”的美國晚了十年,但是在機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化發(fā)展道路上,已經(jīng)走在了歐美國家的前面。這跟日本高度重視機(jī)器人教育和機(jī)器人文化的普及是分不開的。在日本,每所大學(xué)都有高水平的機(jī)器人研究和教學(xué)內(nèi)容,每年定期舉行各種不同層次的機(jī)器人設(shè)計和制作人賽,既有國際性高水平比賽,也有社區(qū)性中小學(xué)生參加的比賽。我國教育部于2003年4月正式頒布《普通高中技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)(實驗)》,該標(biāo)準(zhǔn)在“通用技術(shù)”科目中設(shè)立了“簡易機(jī)器人制作”模塊。此外,香港地區(qū)在高中及高等教育新學(xué)制的改革中,首次在高中《設(shè)計與應(yīng)用科技》中,增設(shè)有關(guān)機(jī)器人制作的課程。2004年12月,中國教育學(xué)會中小學(xué)信息技術(shù)教育專業(yè)委員會在昆明召開了“第一屆全國中小學(xué)機(jī)器人教學(xué)研討會”,成立了“機(jī)器人學(xué)組”,制定了“中小學(xué)智能機(jī)器人課程指導(dǎo)意見(討論稿)”。這標(biāo)志著我國中小學(xué)機(jī)器人教學(xué)進(jìn)入了一個嶄新的發(fā)展階段。2006年1月,中國教育學(xué)會中小學(xué)信息技術(shù)教育專業(yè)委員會在珠海召開了“第二屆全國中小學(xué)機(jī)器人教學(xué)研討會”。

研討會上還進(jìn)行了機(jī)器人教學(xué)觀摩課評選活動和機(jī)器人競賽項目創(chuàng)新設(shè)計邀請賽。目前,國內(nèi)許多有條件的中小學(xué)紛紛將智能機(jī)器人引入到學(xué)校教育中。這說明我國青少年的機(jī)器人普及教育正在迎來一個快速發(fā)展的新時期。但是,目前對機(jī)器人教育,尤其是小學(xué)機(jī)器人教育的研究還主要集中在機(jī)器人教育的相關(guān)內(nèi)容介紹、歸屬(信息技術(shù)還是通用技術(shù))和具體的教學(xué)實踐活動上,很少涉及機(jī)器人教育教材的研究,這種缺失導(dǎo)致了我國目前機(jī)器人教育活動良蕎不齊,各個學(xué)校在探索編制機(jī)器人教育的校本教材,這在很大程度上阻礙了機(jī)器人教育的發(fā)展,有條件和實力的學(xué)校開展的熱火朝天,而在一些學(xué)校卻舉步維艱。1.2研究現(xiàn)狀1.2.1國外機(jī)器人教育研究現(xiàn)狀在國外,機(jī)器人教育一直是個熱點。在機(jī)器人教育的理論依據(jù)方面,國外普遍采用的是建構(gòu)主義學(xué)習(xí)哲學(xué)和從做(設(shè)計)中學(xué)的教育理念以及基于項目的學(xué)習(xí)方式(PBL)。Bersetal等人認(rèn)為機(jī)器人教學(xué)很自然地適用建構(gòu)主義學(xué)習(xí)哲學(xué)的四個原則:通過在社區(qū)中設(shè)計、共享有意義的項目來學(xué)習(xí);使用有形的物體來構(gòu)建、探索真實世界;充滿活力的創(chuàng)意;自我反思作為學(xué)習(xí)過程中一部分的重要性。f}l國外機(jī)器人教育研究主要內(nèi)容主要在以下幾個方面:第一,發(fā)展學(xué)生搭建機(jī)器人和編寫機(jī)器人程序的知識,提升學(xué)生參加機(jī)器人挑戰(zhàn)活動的競爭能力;第二,機(jī)器人作為一個教育媒介,幫助學(xué)生學(xué)習(xí)理解科學(xué)、技術(shù)、數(shù)學(xué)和工程學(xué)概念與矢「!識;第三,利用機(jī)器人教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊工作能力;第四,在早期幼兒教育中開展機(jī)器人教學(xué)活動;第五,利用網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境支持機(jī)器人教學(xué)的研究[f210早在1994年麻省理工學(xué)院(MIT)就設(shè)立了“設(shè)計和建造LEGO機(jī)器人”課程(1vlartin),目的是提高工程設(shè)計專業(yè)學(xué)生的設(shè)計和創(chuàng)造能力

,嘗試機(jī)器人教育與理科實驗的整合;麻省理工學(xué)院媒體實驗室“終身幼兒園”項目小組開發(fā)了各種教學(xué)工具,通過與著名積木玩具商樂高公司的緊密合作,該項目組開發(fā)出可編程的樂高玩具,幫孩子們學(xué)會在數(shù)字時代怎樣進(jìn)行設(shè)計活動。同時,國外的一些智能機(jī)器人實驗室也有相應(yīng)的機(jī)器人教育研究的內(nèi)容。

篇3

一、信息技術(shù)教師的角色定位和作用

對于“教什么”、“怎么教”等問題，現(xiàn)代信息技術(shù)教學(xué)中的教師處于相對主動的地位。

“教什么”——現(xiàn)代信息技術(shù)課程的教學(xué)內(nèi)容，覆蓋了義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)所要求的所有信息技術(shù)學(xué)習(xí)內(nèi)容；在教學(xué)程序的設(shè)計上，遵循學(xué)生的認(rèn)識規(guī)律，重要的教學(xué)環(huán)節(jié)一個也不少；教學(xué)重點、難點的確定是教材編者、各地教研員和一線骨干教師集思廣益的勞動成果。

“怎么教”——現(xiàn)代信息技術(shù)教學(xué)在教學(xué)設(shè)計和教學(xué)方法的選擇上，主要體現(xiàn)在新課標(biāo)所反映的新的教育教學(xué)理念，以信息技術(shù)課程價值的實現(xiàn)為依據(jù)，強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為主體的教學(xué)活動方式，營造探究型或任務(wù)驅(qū)動型的學(xué)習(xí)氣氛，鋪設(shè)形成性的評價線索。

二、中小學(xué)信息技術(shù)教師的角色定位及未來發(fā)展趨勢展望

1、中小學(xué)信息技術(shù)教師的角色定位

第一，信息技術(shù)教師要在教學(xué)中確立自己的主導(dǎo)地位。信息技術(shù)教師應(yīng)該確立自己在信息技術(shù)教學(xué)中“引導(dǎo)者”的地位。開設(shè)信息技術(shù)這一專門學(xué)科有助于學(xué)生形成良好的信息素養(yǎng)，教師不要在課程整合中迷失了自己的專業(yè)。而引導(dǎo)者也并非主宰者，他完全沒必要對學(xué)生的學(xué)習(xí)行動加以禁錮式的限制，這只會影響到教學(xué)的效果。引導(dǎo)者的職能應(yīng)該是在教學(xué)中為學(xué)生確立學(xué)習(xí)的方向、優(yōu)化學(xué)習(xí)的模式、糾正教學(xué)中的失誤，為教學(xué)的順利進(jìn)行奠定基礎(chǔ)。

第二，做通才，而非全才。由于信息技術(shù)的發(fā)展，各種應(yīng)用軟件日新月異，要當(dāng)全才是不可能的。但要當(dāng)通才，知曉各種常用的應(yīng)用軟件，并且最好精通兩種以上軟件。由于軟件的多樣性、時間的有限性，教師應(yīng)在精通教材所涉內(nèi)容的基礎(chǔ)上提高，并及時了解業(yè)內(nèi)最新動態(tài)，以免學(xué)生超越教師過多而影響教師應(yīng)有的威信。

第三，做學(xué)校信息技術(shù)應(yīng)用的推動者。要積極在學(xué)校發(fā)展各種信息技術(shù)普及教育，讓大家都掌握信息技術(shù)，以減少信息技術(shù)教師的教學(xué)外事務(wù)。文字，可以培訓(xùn)專門的打字員處理；課件，盡量讓學(xué)科教師學(xué)習(xí)自己制作……這樣既完成了任務(wù)，也創(chuàng)造了一個較輕松的工作環(huán)境。

第四，做學(xué)生學(xué)習(xí)現(xiàn)代信息技術(shù)的合作者。多媒體和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的出現(xiàn)，為建構(gòu)主義理論的應(yīng)用提供了良好的氛圍。在建構(gòu)主義的學(xué)習(xí)模式下，教師不僅是教學(xué)活動的設(shè)計者、組織者以及輔導(dǎo)者，而且也應(yīng)是學(xué)生學(xué)習(xí)的“合作者”。師生間通過相互交流，就某些問題進(jìn)行討論、取長補(bǔ)短，既密切了師生之間的關(guān)系，也可在合作的環(huán)境中發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)造能力，這種基于建構(gòu)主義的伙伴型學(xué)習(xí)模式已經(jīng)越來越引起人們的重視。

第五，做網(wǎng)絡(luò)的利用者。要充分利用自身優(yōu)勢，借助網(wǎng)絡(luò)，提高業(yè)務(wù)水平。由于信息技術(shù)教師大部分都擁有較好的上網(wǎng)條件，大家可十分方便地查找各種資料，借助外力使得自己的業(yè)務(wù)水平得以提高。 第六，做信息技術(shù)的傳播者。作為專業(yè)教師首先應(yīng)該對教學(xué)內(nèi)容所涉及的軟件有較深的鉆研?，F(xiàn)行中小學(xué)教材淺顯易懂，涉及的軟件較多，如word、powerpoint、frontpage、excel、flash、vb、人工智能等，雖然對學(xué)生要求不高，但由于實際情況，中學(xué)生的水平往往超越了教材要求。這就要求教師對這些軟件都有較深入的研究，同時要適當(dāng)提高教學(xué)要求，以便學(xué)生對信息技術(shù)有更好的應(yīng)用水平。

第七，做學(xué)生興趣的培養(yǎng)者。電腦日益普及，越來越多的學(xué)生在使用電腦時，迷戀上網(wǎng)玩游戲、聊天，而對其他的信息技術(shù)知識不感興趣。教師要引導(dǎo)學(xué)生正確使用各類信息技術(shù)，學(xué)生只有學(xué)會了使用網(wǎng)絡(luò)去做有益于身心的事，才可能拒絕那些不良信息的誘惑，使學(xué)生對信息技術(shù)產(chǎn)生興趣，愿學(xué)、樂學(xué)、好學(xué)。

2、中小學(xué)信息技術(shù)教師未來發(fā)展展望

（1）未來的教育中，班級授課制的形式還會有，但會發(fā)生改變。未來教室的一種模式就是計算機(jī)加一個大屏幕投影，構(gòu)成一個信息化的教室。必須用新的觀念指導(dǎo)計算機(jī)教育，CAI的概念要改變。以前的定義是用計算機(jī)輔助傳統(tǒng)的教育模式，而現(xiàn)在的提法是創(chuàng)造新的信息化學(xué)習(xí)環(huán)境和教育環(huán)境，探討新的學(xué)習(xí)模式?，F(xiàn)代學(xué)生的思維方式千差萬別，信息技術(shù)教學(xué)的過程千變?nèi)f化，這就要求信息技術(shù)教師在日常的教學(xué)中要注重觀察，教書也擔(dān)當(dāng)著教學(xué)中“觀察者”的角色。必要的“觀察”會為教師在教學(xué)中處理解決突發(fā)的難題做好充分的預(yù)熱和準(zhǔn)備。

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關(guān)鍵詞：輪式機(jī)器人；圖形化編程；編譯；串口通訊

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2013）26-5968-05

隨著計算機(jī)編程思想的不斷進(jìn)步和編程語言的不斷發(fā)展，圖形化編程的理論和方法作為一種高效、方便的開發(fā)方式，目前已在眾多領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用。比較知名的相關(guān)產(chǎn)品有美國國家儀器公司（Universal Instruments）研發(fā)的LabVIEW、UML等，其中的UML更是作為高校計算機(jī)專業(yè)學(xué)生必學(xué)和掌握的一種重要設(shè)計和開發(fā)工具。圖形化編程以編程對象的操作處理流程為基礎(chǔ)，通過友好的操作界面和功能眾多的編程控件實現(xiàn)程序的設(shè)計。與傳統(tǒng)意義上的編程語言相比，該方法不需要編程者有較為深厚的編程語言基礎(chǔ)，不需要考慮嚴(yán)格的語法語義，也不需要花費大量的精力去處理程序代碼的結(jié)構(gòu)問題和實際問題的形式化描述等問題[1]。合理的使用圖形化編程系統(tǒng)，使得程序開發(fā)者可以將精力用于如何更有效地、更優(yōu)化地實現(xiàn)自己的設(shè)計目標(biāo)?？梢灶A(yù)見，隨著不同行業(yè)圖形化編程系統(tǒng)的開發(fā)和完善，使用者將具有更大的創(chuàng)造力和創(chuàng)新空間。

目前，我國高校計算機(jī)、通訊、電子機(jī)械等專業(yè)為了更好的融合計算機(jī)人工智能、通訊、電子機(jī)械的學(xué)科知識，提高大學(xué)生的實踐創(chuàng)新應(yīng)用能力，已經(jīng)把智能車和機(jī)器人的研究開發(fā)和編程控制引入教學(xué)和實踐環(huán)節(jié)。中小學(xué)為了拓展學(xué)生的第二課堂，培養(yǎng)學(xué)生的探索和創(chuàng)新能力，也把智能車和機(jī)器人的知識普及、開發(fā)實驗引入校園。同時，國家和地區(qū)每年也會舉行各種規(guī)模的智能車和機(jī)器人競賽。這樣的發(fā)展環(huán)境下，開發(fā)一種簡單、適應(yīng)性強(qiáng)的的圖形化編程系統(tǒng)，顯得尤為重要和必要。

本文研究設(shè)計了一種針對輪式機(jī)器人編程的基于圖形化編程方式的軟件系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以作為學(xué)生進(jìn)行機(jī)器人比賽和機(jī)器人普及教育的軟件編程平臺，操作方便，對專業(yè)編程技術(shù)要求低，同時具有較高的穩(wěn)定性和可擴(kuò)展性。

1 輪式機(jī)器人控制原理

智能機(jī)器人控制器種類繁多，但其基本工作原理不盡相同，如圖1所示。

1）機(jī)器人上層編程軟件，實現(xiàn)機(jī)器人控制的應(yīng)用軟件設(shè)計，實現(xiàn)各種功能算法、編譯、連接、下載的實現(xiàn)，它是機(jī)器人控制系統(tǒng)的軟件平臺。

2）機(jī)器人主控器系統(tǒng)，機(jī)器人的應(yīng)用軟件運行的平臺就是機(jī)器人的主控器系統(tǒng)，所有機(jī)器人的功能實現(xiàn)由它來決定，它是機(jī)器人控制系統(tǒng)的核心，它包含了主控器的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。

3）機(jī)器人傳感器系統(tǒng)，機(jī)器人感知外部環(huán)境得到環(huán)境數(shù)據(jù)均由這一部分來實現(xiàn)，它可以采集各種模擬量數(shù)據(jù)和數(shù)字量數(shù)據(jù)，為機(jī)器人執(zhí)行動作提供環(huán)境依據(jù)，它的功能包含各種傳感器的數(shù)據(jù)采集功能和數(shù)據(jù)處理的功能。

4）機(jī)器人執(zhí)行系統(tǒng)，這一部分是機(jī)器人實現(xiàn)各種功能的外在表現(xiàn)，機(jī)器人的所有動作實現(xiàn)均由它來完成，不同功能的機(jī)器人的執(zhí)行系統(tǒng)都不同。如：各種仿生機(jī)器人、水下機(jī)器人、巡邏機(jī)器人等，他們的執(zhí)行系統(tǒng)體現(xiàn)出來的結(jié)構(gòu)千變?nèi)f化。

本軟件開發(fā)和測試過程中采用的機(jī)器人控制器如圖2所示。

該控制器以LM3S1607處理器為核心，包括微處理器、存儲器（FLASH存儲器和SDRAM存儲器）、鍵盤電路、與傳感器系統(tǒng)通訊電路、LCD液晶顯示電路、PWM驅(qū)動電路、電源供電電路等。

智能機(jī)器人控制器可以驅(qū)動三種電機(jī)：普通直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)和舵機(jī)，配合各種傳感器實現(xiàn)各種功能的機(jī)器人，如：避障、沿軌跡移動、尋找火源等功能。

控制器支持嵌入式操作系統(tǒng)，如：ucosII等。當(dāng)前控制器沒有運行操作系統(tǒng)，因而系統(tǒng)是基于單任務(wù)的，如果客戶需要可隨時加入操作系統(tǒng)。

該主控系統(tǒng)硬件包括：微處理器、存儲器（FLASH存儲器和SRAM存儲器）、鍵盤電路、LCD液晶顯示電路、I/O驅(qū)動電路、電源供電電路等。如圖3所示。

2 軟件系統(tǒng)設(shè)計思路

該軟件系統(tǒng)總體由2層構(gòu)成，如圖4所示。其中上層是由面向?qū)ο蟮慕换ナ介_發(fā)環(huán)境與操作系統(tǒng)組成，主要用于完成流程圖的繪制、類C語言的生成及其編譯、下載，由于該系統(tǒng)采用跨平臺的Java語言開發(fā)實現(xiàn)，故任何操作系統(tǒng)只要有Java虛擬機(jī)的支持便可以運行該軟件；下層是由以LM3S1607處理器為核心的控制器。

本文所設(shè)計的面向輪式機(jī)器人的圖形化編程軟件主要由三部分構(gòu)成，包括圖形化編程分系統(tǒng)、類C語言編碼編譯分系統(tǒng)和通訊下載分系統(tǒng)。

圖形化編程分系統(tǒng)采用“積木”搭建的方式，對不同的程序目標(biāo)，通過模塊控件的不同組合和簡單的拖拽操作，實現(xiàn)流程結(jié)構(gòu)程序繪制。其中，各個圖元會根據(jù)需要通過連接線實現(xiàn)連接，也可自定義連接線；模塊圖形放置后呈現(xiàn)為按鈕狀態(tài)，可通過點擊設(shè)置其各種屬性和控制命令。

系統(tǒng)的圖元模塊庫可分為執(zhí)行庫、控制庫和程序庫，其中執(zhí)行庫包含輪式機(jī)器人的各類動作及操作，如轉(zhuǎn)向、移動、啟動電機(jī)、停止、定時器等；控制庫包含各種程序流程圖的流程圖控制模塊，如中斷循環(huán)、判斷、多次循環(huán)和嵌套循環(huán)模塊等；程序庫包含程序操作以及子程序的調(diào)用，如參數(shù)傳遞、賦值、調(diào)用系統(tǒng)、調(diào)用子程序等模塊。

類C語言編碼編譯分系統(tǒng)，是本軟件系統(tǒng)的C語言編碼編譯器，當(dāng)用戶完成圖形化編程并設(shè)置好各控件模塊的參數(shù)后，本軟件系統(tǒng)會在后臺生成相應(yīng)的類C語言源碼。該源碼通過編譯分系統(tǒng)完成語法及語義檢測，再經(jīng)編譯、鏈接轉(zhuǎn)化成輪式機(jī)器人LM3S1607處理器可識別的目標(biāo)代碼，經(jīng)由RS232串口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的收發(fā)。

通訊下載分系統(tǒng)，主要實現(xiàn)多端口的數(shù)據(jù)通訊。該分系統(tǒng)負(fù)責(zé)將類C語言編碼編譯分系統(tǒng)所形成的目標(biāo)代碼和偽指令集通過仿真器下載到輪式機(jī)器人的嵌入式單片機(jī)處理器硬件并完成必要的信息交互。

上述設(shè)計思想具體實現(xiàn)如圖5所示。

3 系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)

3.1圖形化編程系統(tǒng)設(shè)計思路

圖形化編程的實現(xiàn)是本軟件系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)之一。利用本軟件系統(tǒng)的圖形化編程分系統(tǒng)，開發(fā)設(shè)計者首先確定自己的目標(biāo)流程，然后在控件模塊欄選擇相應(yīng)的圖形塊放置到繪圖區(qū)用于表示需要設(shè)計的邏輯和動作序列，再經(jīng)過模塊間接口的設(shè)計與完善，把所有繪制的圖形模塊按照預(yù)設(shè)的邏輯順序連接起來，從而完成對輪式機(jī)器人的編程開發(fā)任務(wù)。利用本系統(tǒng)可以實現(xiàn)輪式機(jī)器人控制程序的快速編程。圖形化編程系統(tǒng)界面如圖6所示。

為了方便將一定邏輯序列的圖形模塊集合編譯為成C語言代碼，本系統(tǒng)設(shè)計了三種特定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，分別用來存儲塊每個圖塊的位置、數(shù)據(jù)和執(zhí)行動作。

位置信息用于表示對應(yīng)圖形模塊在整個圖形程序序列流程中的坐標(biāo)信息；數(shù)據(jù)信息包括對應(yīng)圖形模塊的基本設(shè)置內(nèi)容和多級級聯(lián)設(shè)置內(nèi)容，主要是通過遞歸算法實現(xiàn)；事件信息負(fù)責(zé)存儲執(zhí)行某操作時所引發(fā)的相關(guān)事件信息及對應(yīng)的動作信息。

系統(tǒng)采用動態(tài)鏈表方法實現(xiàn)模塊的插入、刪除和修改，同時表征各模塊在程序流程中的邏輯序列關(guān)系。為了實現(xiàn)這一操作，在操作某個模塊的時候，需要對整個動態(tài)鏈表遍歷，按照遞歸算法，重繪圖形程序中對應(yīng)模塊的坐標(biāo)，并實現(xiàn)模塊間的連接。

本系統(tǒng)允許用戶拖動模塊重新編輯圖形化程序。此時，系統(tǒng)會遍歷當(dāng)前程序流程中的所有的模塊接口坐標(biāo)，實現(xiàn)模塊間的碰撞沖突檢測，避免圖形模塊的重疊和混亂。

3.2 圖形語言程序編譯為C語言代碼

編譯器在本質(zhì)上就是將一種計算機(jī)程序語言翻譯為另一種計算機(jī)程序語言。它以某種語言編寫的源程序作為輸入，產(chǎn)生相對應(yīng)的目標(biāo)語言程序[2]。本系統(tǒng)在其交互式的開發(fā)環(huán)境中集成了代碼編譯功能，使得用戶直接可以完成圖形化語言程序到C語言目標(biāo)代碼的生成。

圖7為圖形程序到為C代碼的編譯轉(zhuǎn)換過程圖。

傳統(tǒng)的編譯器構(gòu)造方法是將編譯過程的詞法分析、語法分析和語義處理分別劃分為相互獨立的不同階段，采用某種編譯工具和某種集成開發(fā)環(huán)境相結(jié)合實現(xiàn)。編譯工具負(fù)責(zé)完成編譯系統(tǒng)的語法解釋模塊，再由集成開發(fā)環(huán)境提供的接口，導(dǎo)入語法解釋文件來完成整個編譯流程，這種方式使得系統(tǒng)開發(fā)過程較為繁瑣，且可移植性不好[3][4]。

鑒于此，本系統(tǒng)的編譯器采用了面向?qū)ο蟮木幾g技術(shù)，將傳統(tǒng)編譯處理過程中的階段分割操作放在交互式開發(fā)環(huán)境編輯器IAR Embedded Workbench中實現(xiàn)。這中實現(xiàn)方法不需要退出編輯器就可執(zhí)行程序，從而方便完成從源碼到目標(biāo)碼的生成。所以，采用這種方法，可以集詞法分析、語法分析、語義處理、優(yōu)化和目標(biāo)代碼生成等操作于一體，降低了維護(hù)的難度，提高了系統(tǒng)的運行速度。

本系統(tǒng)所采用的編譯器從結(jié)構(gòu)上可以分為兩部分：依賴于源語言的前端操作和依賴于目標(biāo)語言的后端操作，編譯器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖8所示。

前端部分包括掃描程序、語法分析和語義分析，后端部分是代碼生成程序。當(dāng)圖形化程序的目標(biāo)代碼發(fā)生變化時，可以有效地保持移植一個新的目標(biāo)語言所需的信息或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，由此可見這樣分離前端和后端的設(shè)計方案提高了編譯系統(tǒng)的可擴(kuò)展性、可復(fù)用性和可維護(hù)性。

3.3 通訊及程序下載

本軟件系統(tǒng)采用的LM3S1607微控制器，支持異步和同步串行通信。其中，通用異步收發(fā)器是一個用于RS232C串行通信的集成電路，它帶有一個發(fā)送器（并行到串行的轉(zhuǎn)換器）和一個接收器（串行到并行的轉(zhuǎn)換器），它們各自獨立計時。同步串行接口是一個4線雙向的通信接口。LM3S1607 控制器包括 1個 SSI 模塊，提供器件與設(shè)備之間的同步串行通信功能。

利用本軟件對輪式機(jī)器人進(jìn)行圖形化編程后，采用ARM公司提供的標(biāo)準(zhǔn)20PIN仿真調(diào)試JTAG接口模塊LM LINK，實現(xiàn)編譯后目標(biāo)程序的調(diào)試和下載。該調(diào)試下載器采用USB 接口連接PC機(jī)，可實現(xiàn)在線調(diào)試并將程序快速下載到LM3S1607微控制器芯片中，控制輪式機(jī)器人的各種動作。在實際使用過程中，本系統(tǒng)所采用的仿真下載器可以方便應(yīng)用于各種機(jī)型和環(huán)境，同時具有小巧、性價比高、調(diào)試下載速度快等特點。

4 結(jié)束語

本文針對目前機(jī)器人/智能車編程難度大，編程工具過于專業(yè)化的特點，提出了一種圖形化程序設(shè)計的編程思路和解決方案，并利用Java技術(shù)實現(xiàn)了一個面向輪式機(jī)器人的圖形化編程平臺。該平臺通過設(shè)計大量圖形模塊，通過“搭積木”的方式，對不同的程序目標(biāo)，通過模塊控件的不同組合和簡單的拖拽操作，實現(xiàn)流程結(jié)構(gòu)程序繪制，各個圖元根據(jù)需要通過連接線實現(xiàn)連接。圖形程序通過內(nèi)嵌的交叉式編譯器編譯成目標(biāo)程序，下載到機(jī)器人ARM芯片上執(zhí)行控制。通過使用本軟件系統(tǒng)，可以擺脫傳統(tǒng)機(jī)器人編程方式的限制，使得機(jī)器人的研究應(yīng)用具有更廣闊的推廣空間。

目前，該軟件系統(tǒng)已應(yīng)用到相關(guān)的輪式機(jī)器人產(chǎn)品上。經(jīng)過大量測試表明，本軟件適用于大中小學(xué)生進(jìn)行機(jī)器人和智能車的程序設(shè)計，系統(tǒng)具有可重用性、穩(wěn)定性、易維護(hù)性等特點。

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