發布時間：2021-01-15所屬分類：教育論文瀏覽：1次
摘 要： 【摘要】現代社會經濟飛速發展，科技也得到了迅猛的進步，許多在上一代人觀念中難以實現的事實也隨著科技的應用得到實現，智能機器人在現階段處在不斷研發和應用的階段。高中生對于這類內容有著較強的興趣，許多高校也開設了相關的人工智能或機器人專業，這
【摘要】現代社會經濟飛速發展，科技也得到了迅猛的進步，許多在上一代人觀念中難以實現的事實也隨著科技的應用得到實現，智能機器人在現階段處在不斷研發和應用的階段。高中生對于這類內容有著較強的興趣，許多高校也開設了相關的人工智能或機器人專業，這使得高中生的學習有了前進的明確目標和方向。高中的許多知識實際上也已經在智能機器人的研發中得到了應用，本文就此探討了相關的內容。
【關鍵詞】高中知識;智能機器人;研發運用
引言
目前高中的數理化知識中有不少已經應用于人工智能的發展和研究，同時也有一部分學習內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的研究、機器人內部發電原理的研究、制作機器人材料的特點和優勢研究。同時也可以根據機器人的實際應用范圍進行分類，如現在廣泛應用的家務型機器人、工業中的操作性機器人、用于自然災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和實踐，而所有機器人的根本都是驅動和控制。其中也包含著豐富多樣的理科知識。
高中數學知識在智能機器人研發過程中的運用
在高中數學的笛卡爾坐標系中的直角坐標系以及大部分學習過的函數都能夠有效應用在操控機器人上，機器人的動作姿態以及運動軌跡、指令變化等內容都需要利用數學中的內容才能有效實踐。智能機器人活動結構之間以及連桿之間需要通過多個世界坐標系來建立數學模型和定義物理變化，為了指令能夠做到清晰準確，需要在每個自由度上建立分坐標系，即局部坐標系。通過基本的拋物線在笛卡爾空間中的節點計算出活動結構的轉動酵素和速度，然后在每個節點之間利用拋物線進行函數繪畫即可[1]。
高中化學知識在智能機器人研發過程中的運用
化學同樣與智能機器人的研發有著密切的聯系，其中材料化學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，在機器人外殼的設計上，可以根據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、傳感器等內部材料同樣需要借助化學知識，選擇穩定的材料。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。
高中物理知識在智能機器人研發過程中的運用
物理學作為機器人專業的關鍵，包含了大部分機器人的理論基礎，其中光學、電學、力學、聲學等都有涉及到。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，通過機器人內部傳感器鎖進行感知和接收，同時利用其他基礎物理學內容又可以將其進行優化，使得更符合人性化的設計，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行的，例如現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，在智能機器人中應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、電磁學、電學有著密切的聯系，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，其運動系統一般由驅動電機以及減速波箱兩部分構成，廠家根據情況選擇小功率直流電機或步進電機以及無刷電機等。但由于這類電機轉速和扭矩難以直接滿足智能掃地機器人的驅動要求，需要對電機進行減速和增大扭矩，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，半徑越大力相應越小，因此小齒輪的模數要比大齒輪要更大，以此滿足小齒輪的應力要求。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，因此齒輪摩擦時會產生熱能。速度一定時功率和力是成正比，功率和速度的關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。力學所涉及到內容一般是設計智能掃地機器人的驅動功率是所需要應用，地面的正常摩擦系數在0.1到0.2之間，滑動摩擦力則為動摩擦因數正壓力，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為0.8，可得出結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，特別是運動學問題，將所有問題的求解預先設計到機器中是難以實現的，特別是在搬運雜物或者在危險的環境下工作，而且搬運的物體形狀、性質也有差異，因此需要智能機器人能夠掌握一定基礎物理學，通過電腦進行模擬[3]。
結語
總而言之，高中知識其實以及被廣泛應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性，需要將數理化各科知識進行有機的結合，構建完整的知識體系，數學作為機器人算法的基礎是必備的，物理學對于機器的正常運動以及工作起到決定性作用，化學則是實現機器人專業化和人性化的重要手段。——論文作者：劉璐寧
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