伴随着信息化、智能化的发展，国家对人工智能越来越重视，作为人工智能载体之一的机器人也逐渐受到大家的广泛关注。 本书是畅销书的升级版，是一本生动有趣的中小学机器人学启蒙书，书中以幽默风趣的大众化语言讲述了中小学机器人学的基本概念及应用，介绍了中小学机器人教学活动的主要内容。全书共5章，涉及机器人发展简史、机器人中的STEM、机器人硬件组成及原理、机器人程序设计和机器人制作举例。在本书的最后增加了两个附录，讨论了中小学机器人教学的相关话题，并介绍了一个机器人对抗比赛方案。

前 言 伴随着信息化、智能化的发展，国家对人工智能越来越重视，作为人工智能载体之一的机器人也逐渐受到大家的广泛关注，中小学生机器人教育在国内开展得如火如荼。 本书是畅销书的升级版，以生动幽默的语言介绍了中小学机器人教学的主要内容，全书共5章，涉及机器人发展简史、机器人中的STEM、机器人硬件组成及原理、机器人程序设计和机器人制作举例。附录中给出了笔者对于机器人教学的一些认识和观点，以及一个机器人对抗比赛方案。第1章简述了机器人的起源与发展，介绍了机器人的概念，探讨了古今中外不同种类的机器人。第2章讨论了机器人中的STEM，包括生命科学、空间科学、物质科学、信息科学、数学、工程与技术等相关内容。第3章介绍了机器人的硬件组成及原理，包括机器人的机械部分、电器部分及嵌入式系统的简单原理。第4章阐述了机器人程序设计，介绍了机器人程序编译工具GULC的使用及其所对应的机器人控制命令，并简单探讨了C语言的语法结构。第5章举例说明了机器人的制作，包括恐龙机器人、宠物狗机器人、火车机器人和人工机械手臂。附录A中提出了一些关于机器人教学的个人观点，包括教学内容、教学目标、能力培养、设计原则等。附录B中介绍了一个机器人对抗比赛方案，供教育机构或学校参考。 本书非常适合9～12岁的小朋友阅读，也可供广大机器人爱好者参考。 本书在写作和出版期间得到了许多领导、专家、同事、朋友、学生和亲人的帮助与支持。 首先，我要向中国科学院谭铁牛院士表达最崇高的敬意，因为他使我真正懂得了爱因斯坦的名言——“想象力比知识更重要”，想象力是一切的源头。那是在中国人工智能学会第七届理事会上，作为学会副理事长的谭铁牛院士主持讨论了以“学会的历史担当”为主题的重要议题。会议上，谭院士妙语连珠，对每一位理事的发言都做出了即兴点评，我身处其中，深刻感受到他的每一段点评都那么生动幽默又不失大师风范，充满了想象力。当时我犹如醍醐灌顶，对于爱因斯坦的这句名言有种顿悟的感觉。 其次，本书的创作源于中国科学院自动化研究所智能感知与计算研究中心，以及中国科学院自动化研究所-中科智能之星“人工智能与机器人教育联合实验室”全体员工的科研感召力与学术水准。本书成稿要感谢专家指导委员会全体专家的宝贵建议，在中国科学院孙哲南研究员和董晶副研究员的帮助下，围绕本书召开了专家论证会，听取了各方意见。首都师范大学艾伦教授帮我调整了部分内容，使得本书条理更加清晰。北京师范大学杨开城教授指出了书中的多处不足，并对机器人教育教学提出了自己的建议。 感谢中国科学院自动化研究所智能感知与计算研究中心，以及中国科学院自动化研究所-中科智能之星“人工智能与机器人教育联合实验室”的各位领导、同事对本书的大力支持，大家互相帮助、共同努力，就像一个温馨的大家庭。 感谢北京暴丰科技有限公司权忠杰总经理和林俐华老师，他们帮我联系出版社并提供了许多机器人相关素材。感谢电子工业出版社学术出版分社的董亚峰社长和朱雨萌编辑，他们帮我出谋划策，使本书得以顺利出版。 感谢天津中科智能识别产业技术研究院的矫金鑫、吴为和实习生汤欣亮、温嘉莉、丁方仪、刘曦、赵秋云、张月等，她们帮我查找了书中图片的来源并校对了全部文字。感谢我教过的所有“小可爱”，他们是那么活泼并具有个性，为我提供了丰富的教学案例。 最后，感谢我的奶奶、爸爸、妈妈及其他家人，特别是我的爱人，她凭借多年教学经验，对书中多处内容提出了修改意见。 本书也献给我家那个活泼、善良的贝贝，他总是乐意做我的第一个读者，这是我坚持写作的动力。在这里我要对贝贝说：爸爸永远爱你！ 由于时间仓促，加之笔者水平有限，书中疏漏之处在所难免，希望各位专家和广大读者批评指正。另外，本书中有些素材来源于网络，如遗漏声明，请与笔者或出版社联系。 张 森 二〇一九年冬 于中国科学院自动化研究所

目 录 第1章 奇妙的机器人世界 / 1 1.1 神奇的机器人 / 1 1.1.1 什么是机器人 / 1 1.1.2 从一个单词说起——“Robot” / 2 1.1.3 机器人安全吗——机器人三大安全法则 / 4 1.2 古代也有机器人 / 5 1.2.1 世界上最早的机器人 / 5 1.2.2 古代中国机器人 / 6 1.2.3 古代外国机器人 / 9 1.3 现代机器人演义 / 12 1.3.1 现代机器人的起源 / 12 1.3.2 现代机器人的发展 / 13 1.3.3 现代机器人的分类 / 16 第2章 机器人中的STEM / 32 2.1 生命科学 / 32 2.1.1 什么是仿生机器人 / 32 2.1.2 青蛙机器人与青蛙 / 34 2.1.3 蟑螂机器人与蟑螂 / 35 2.1.4 螳螂机器人与螳螂 / 37 2.1.5 恐龙机器人与恐龙 / 37 2.2 空间科学 / 39 2.3 物质科学 / 42 2.3.1 机器人中的力 / 42 2.3.2 机器人中的简单机械 / 45 2.3.3 机器人中的机械应用举例——投石器机器人 / 49 2.3.4 机器人中的电 / 50 2.3.5 机器人中的电磁感应 / 56 2.3.6 机器人的能量守恒 / 57 2.3.7 机器人眼中的光 / 58 2.4 信息科学 / 62 2.4.1 计算机演义——计算机的起源与发展 / 62 2.4.2 人工智能演义——人工智能概述 / 68 2.4.3 通信技术演义——通信与移动通信 / 71 2.5 数学 / 75 2.5.1 哪个六棱柱好——认识长度 / 75 2.5.2 谁的机器人最快——认识速度 / 76 2.5.3 “鼹鼠游戏”机器人中的不一定——随机与概率 / 81 2.6 工程与技术 / 82 2.6.1 机器人制作的最重要秘密——想象力比知识更重要 / 82 2.6.2 近现代科学与技术革命 / 83 第3章 机器人的身体——硬件组成及原理 / 89 3.1 钢筋铁骨的机械部分 / 90 3.1.1 搭建身体框架的孔板 / 91 3.1.2 撑起其他部件的六棱柱 / 92 3.1.3 把各部件连接起来的连接件 / 92 3.1.4 用处多多的轮子 / 94 3.1.5 不能缺少的螺钉与螺母 / 94 3.2 充满活力的电器部分 / 96 3.2.1 聪明的大脑——CPU板 / 96 3.2.2 机器人的感觉器官——传感器 / 101 3.2.3 机器人的运动器官——电机 / 109 3.2.4 机器人的心脏——电源 / 113 3.2.5 传递快乐——LED板 / 115 3.3 解剖机器人的大脑——嵌入式计算机系统原理 / 116 3.3.1 机器人大脑的内部世界 / 116 3.3.2 程序和数据“住”在哪里——存储程序 / 119 3.3.3 我的脑里只有你——二进制 / 122 第4章 机器人的思维——程序设计 / 128 4.1 机器人编程 / 128 4.2 程序翻译官——GULC / 130 4.2.1 GULC操作界面 / 131 4.2.2 GULC程序框架 / 137 4.2.3 GULC编程步骤 / 138 4.3 机器人唱歌——蜂鸣器控制和数据概念 / 143 4.3.1 用play命令演奏乐曲 / 143 4.3.2 delay命令的妙用 / 147 4.3.3 数据与数据类型 / 149 4.4 机器人跳舞——马达控制和数据运算 / 154 4.4.1 动动腿——DC马达动起来 / 155 4.4.2 摆摆手——伺服马达听话了 / 157 4.4.3 数据运算 / 160 4.5 LED控制和程序结构 / 172 4.5.1 一闪一闪亮晶晶——on/off命令 / 172 4.5.2 玩出新花样——机器人程序结构 / 174 4.6 耳聪目明的机器人——传感器输入和数组 / 186 4.6.1 机器人传感器输入 / 186 4.6.2 特殊的数据类型——数组 / 188 4.7 机器人控制命令大盘点 / 190 4.7.1 机器人控制命令总结 / 190 4.7.2 函数的概念 / 191 第5章 我们都是小创客——机器人制作举例 / 192 5.1 恐龙机器人 / 192 5.1.1 恐龙机器人简介 / 192 5.1.2 恐龙机器人的硬件搭建 / 193 5.1.3 恐龙机器人的程序设计 / 195 5.2　宠物狗机器人 / 200 5.2.1 宠物狗机器人简介 / 200 5.2.2 宠物狗机器人的硬件搭建 / 201 5.2.3 宠物狗机器人的程序设计 / 202 5.3 火车机器人 / 207 5.3.1 火车机器人简介 / 207 5.3.2 火车机器人的硬件搭建 / 208 5.3.3 火车机器人的程序设计 / 211 5.4 人工机械手臂 / 212 5.4.1 人工机械手臂简介 / 212 5.4.2 人工机械手臂的硬件搭建 / 212 5.4.3 人工机械手臂的程序设计 / 216 附录A 中小学机器人教学之我见 / 218 附录B 机器人对抗比赛方案 / 234 参考文献 / 237 说明 / 239