第四节机器人的“听觉器官”.docVIP

机器人的“听觉器官” 任务主题 设计、制作一个声控机器人，听到声音就动，而且声音越大运动就越快。 活动过程 了解机器人的听觉“器官”，理解“声音传感器”感知声音强弱的工作过程及原理。 了解并学会运用机器人驱动其听觉器官工作的指令和程序，经过设计和实际调试，掌握让机器人在声音的控制下完成相关的动作设计制作过程与方法。 学习与实践 基础知识 人的耳朵是仅次于眼睛的感觉器官，声波扣击耳膜，引起听觉神经的冲动，冲动传给大脑的听觉区，因而引起人的听觉。机器人的听觉“器官”——耳朵，比起人的耳朵简单多了，它的结构不象人耳那样复杂，它是用一种叫做钛酸钡的压电材料做成的“耳朵”比人的耳朵更为灵敏，即使是火柴棍那样细小的东西反射回来的声波也能被它“听”的清清楚楚。机器人的耳朵就是我们很熟悉麦克风或称之为声音传感器，它的外形如图4—1—1所示。 用压电材料做成的“耳朵”之所以能够听到声音，其原因就是压电材料在受到拉力或者压力作用的时候能产生电压，这种电压能使电路发生变化。这种特性就叫做压电效应。当它在声波的作用下不断被拉伸或压缩的时候，就产生了随声音信号变化而变化的电流，这种电流经过放大器放大后送入电子计算机（相当于人大脑的听区）进行处理，机器人就能听到声音了。 做一做： 观察自已拥有的机器人，找一找可以用来当做听觉器官的有哪几种传感部件？ 乐高机器人的听觉器官“DCP声音传感器” 能力风暴机器人的听觉器官“麦克风” 图4—1—1机器人的听觉“器官” 声音传感器虽然很简单，可是它的功能不弱。通过声音传感器，机器人可以感受到声音的强弱。机器人的“耳朵”——声音传感器并不是所有的声音都能听见，它能“听见“的声音范围跟人能听见的声音频率是大致一样的。 机器人能够感知到声音的强弱，利用这一点，可以通过不同的方式让个人机器人感知到韵律。我们通过程序的编制让机器人可以听懂声音的节奏和频率。 但要让机器人能够完全、准确的听懂音乐，听懂声音，是一个很大的工程挑战，还需要人们进一步研究、开发。 目前我们却可以让它听懂简单的节奏，比如让它听懂一个音节，你叫它“走”它就走，你叫它“停”，它就停！，下面我们就来设计制作一个最简单能够感知到声音强弱的机器人。 任务分析 做一做：将机器人放在地上，然后拍拍手掌发出声音，观察机器人是否动作，反复试几次，看看掌声的大小与运动快慢的关系。 设计搭建一个会听的机器人，关键是机器人要有一个灵敏的听觉“器官”，人耳能够听到的声音（包括语音和音乐）是一种频率范围约为16 ~ 20000Hz的机械波，而一般人的语音频率最高约3000Hz。本是将语音声波信号经过和高频放大器转换成一定幅度的模拟量电信号，然后再转换成计算机能够存贮与处理的数字量。机器 图4—1—2 声控机器人 （2）、DCP声音传感器接RCX的1号输入口，马达接RCX的A号输出口。 设计制作 “能力风暴智能机器人”平台 进入能力风暴智能机器人开发系统，把传感器模块库的“声音检测”模块拖动到流程图生成区，单击鼠标右键，弹出声音检测模块对话框，如图4-1-3。 图4-1-3声音检测模块 然后点击中间的“检测完成后，进行条件判断”按钮，出现条件设置对话框（图4-1-3），设置检测的声音大小。 图4-1-3声音检测模块参数设置窗口 声音变量，反馈的检测值为0~255之间的整数。值越大，声音越响，值越小，声音越弱。操作：建立如图所示的流程图单击下载，将程序下载保存到机器人就可以了。 小结：利用这个程序可以做一些简单的事，比如说声控灯也就是利用这个原理，还有什么大家可以想一下。 “乐高机器人”平台 （1）、程序设计 进ROBOLAB图形化编程环境，设计参考程序如图4—1—4所示。它是写的一个第二等级的程序来控制你的鼓掌机器人声音测量机器人。鉴于马达的转数，选择适当的图标。也就是说马达的转数由1#输入端口的触感来控制，根据1#输入端口选择的触感，选择声音传感器、并且设置取样速度为1秒。 图4—1—4 （2）、下载运行 控制程序编写完成后，用红外线发射器下载编好的程序。再运行程序，检验机器人的“听”的功能实现没有。 如果没有实现，仔细检查原因，调试后再运行。 注：上传数据实际运动过程中所测得的数据以声音的单位分贝来表示。 学习资源 / 能力风暴智能机器人开发系统使用手册 机器人小工程师 展示与评价 1、选代表小组上台来分别展示自已搭建成功的“声控机器人”，观察与比较机器人的“听”的功能实现是否正常。 2、每个小组要仔细检验这些数据，指出掌声大、中、微弱的地方。评价一下你的机器人的工作情况，是好、还是坏？ 3、回答一下以下的问题： ⑴、声控机器人的工作过程及原理是什么？ ⑵、