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1983，哈佛大學(xué)的教育學(xué)教授Howard Gardner博士提出了多元智力的存在：語(yǔ)言智力、數(shù)理邏輯智力、空間智力、身體-知覺(jué)智力、音樂(lè)智力、人際交往智力、自我認(rèn)知智力和自然觀察智力。今天，教育家們正致力于鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)展對(duì)工程學(xué)的興趣并開(kāi)發(fā)以上各種智力。教育家發(fā)現(xiàn)機(jī)器人能夠吸引學(xué)生的注意力，并提供可以使學(xué)生親身體驗(yàn)的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)去開(kāi)發(fā)各個(gè)方面的智力。 幫助學(xué)生探索科學(xué)和工程學(xué)概念，同時(shí)開(kāi)發(fā)并充分發(fā)揮學(xué)生多方面智力的工具是至關(guān)重要的。應(yīng)用NI LabVIEW圖形化編程能使學(xué)生專(zhuān)注于工程問(wèn)題的解決，而不會(huì)因低水平的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)而氣餒。LabVIEW提供了高度集成的I/O，促進(jìn)了基于實(shí)際項(xiàng)目和動(dòng)手操作的教學(xué)方式。作為系統(tǒng)級(jí)的設(shè)計(jì)平臺(tái)，LabVIEW 使學(xué)生能夠在統(tǒng)一平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的設(shè)計(jì)、建模及部署。 現(xiàn)在，LabVIEW被用于從幼兒園到大學(xué)研究的各等級(jí)教學(xué)中的機(jī)器人應(yīng)用。學(xué)生不僅學(xué)習(xí)到數(shù)學(xué)、科學(xué)和工程概念，還學(xué)到了被工業(yè)界廣泛采用的編程范例。 美國(guó)國(guó)家儀器公司與LEGO®教育合作建立了WeDo，它是一款面向培養(yǎng)7歲及以上兒童動(dòng)手實(shí)踐的機(jī)器人平臺(tái)。學(xué)生能夠創(chuàng)建類(lèi)似鳥(niǎo)、鱷魚(yú)、飛機(jī)及更多其它東西的機(jī)器人，并可通過(guò)易用的基于LabVIEW的圖形化軟件實(shí)現(xiàn)控制。通過(guò)高級(jí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具，如基于LabVIEW的工具，兒童能夠?qū)⑺麄兊南胂笤诂F(xiàn)實(shí)中實(shí)現(xiàn)，根據(jù)他們的創(chuàng)造編寫(xiě)故事，并在過(guò)程中與其他孩子互動(dòng)。 
圖1. LEGO Education WeDo是培養(yǎng)7歲兒童動(dòng)手實(shí)踐教學(xué)的機(jī)器人平臺(tái)。 LEGO MINDSTORMS NXT是基于LabVIEW圖形化編程軟件的另一款機(jī)器人平臺(tái)，幫助10歲及以上兒童設(shè)計(jì)機(jī)器人和解決工程問(wèn)題，同時(shí)不會(huì)因?yàn)榈退降木幊毯蛯?shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)而感到氣餒。板載ARM7微處理器的并行編程、算法設(shè)計(jì)和傳感器數(shù)據(jù)處理因LabVIEW圖形化編程而簡(jiǎn)化。FIRST LEGO League (FLL)等競(jìng)賽使9歲及以上兒童通過(guò)機(jī)器人和自己的研究能夠解決現(xiàn)實(shí)世界中的問(wèn)題。
圖2. FLL使9歲及以上兒童通過(guò)機(jī)器人和自己的研究能夠解決現(xiàn)實(shí)世界中的問(wèn)題。 針對(duì)高中水平，F(xiàn)IRST機(jī)器人競(jìng)賽(FRC)使學(xué)生更加貼近現(xiàn)實(shí)世界中的專(zhuān)業(yè)體驗(yàn)。有限的時(shí)間、資金和資源對(duì)學(xué)生提出了挑戰(zhàn)，要求在創(chuàng)新中盡可能協(xié)作。從2009年起，超過(guò)50,000名來(lái)自世界各地的學(xué)生參加了FRC，他們將采用NI CompactRIO 現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)可重配置嵌入式控制器作為機(jī)器人的大腦。競(jìng)賽中他們能通過(guò)LabVIEW或ANSI-C對(duì)CompactRIO進(jìn)行編程。通過(guò)模塊化的堅(jiān)固的 CompactRIO硬件，團(tuán)隊(duì)能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的視覺(jué)處理、機(jī)器人自我控制的操作或通過(guò)操縱桿人工控制的操作，并與各類(lèi)傳感器和I/O交互。他們必須在6周內(nèi)完成所有任務(wù)。
圖3. CompactRIO FPGA可重配置嵌入式控制器是FRC機(jī)器人的“大腦”。 機(jī)器人專(zhuān)家可通過(guò)LabVIEW輕松實(shí)現(xiàn)大多數(shù)前沿技術(shù)，如多核計(jì)算及并行處理。Victor Tango是一只佛吉尼亞理工大學(xué)與TORC Technologies公司的合作團(tuán)隊(duì)，他們采用LabVIEW在無(wú)人車(chē)輛Odin上實(shí)現(xiàn)多核處理，并最終在DARPA城市挑戰(zhàn)賽上獲得第三名。團(tuán)隊(duì)采用兩臺(tái)四核服務(wù)器及運(yùn)行LabVIEW應(yīng)用的CompactRIO來(lái)處理激光雷達(dá)(LIDAR)數(shù)據(jù)，并執(zhí)行決策和控制算法。
圖4. 無(wú)人車(chē)輛Odin獲得DARPA城市挑戰(zhàn)賽的第三名。 新加波南洋理工大學(xué)研究人員采用LabVIEW集成傳感器和電機(jī)，最終部署到微控制器上成功開(kāi)發(fā)了蜘蛛機(jī)器人，支持危險(xiǎn)的救生任務(wù)。機(jī)器人的24個(gè)智能DC電機(jī)、智能視覺(jué)及距離傳感器、以及無(wú)線(xiàn)通信可在低功率Analog Devices (ADI) Blackfin處理器及其它處理器上實(shí)現(xiàn)，并使用LabVIEW進(jìn)行實(shí)時(shí)并行處理和編程。
圖5. 南洋理工大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)了支持危險(xiǎn)救生任務(wù)的蜘蛛機(jī)器人。 機(jī)器人技術(shù)激發(fā)了親身體驗(yàn)、基于項(xiàng)目的多學(xué)科交叉，并促進(jìn)開(kāi)發(fā)和培養(yǎng)多種技能的教學(xué)形式，同時(shí)也演示了關(guān)鍵的科學(xué)和工程概念。今天，學(xué)生和教育者發(fā)現(xiàn)LabVIEW圖形化系統(tǒng)設(shè)計(jì)所帶來(lái)的直觀的、圖形化的方法是探索機(jī)器人技術(shù)的理想途徑。 Anu Saha是美國(guó)國(guó)家儀器公司的院校產(chǎn)品經(jīng)理。他擁有田納西大學(xué)的計(jì)算機(jī)工程和電子工程學(xué)士學(xué)位。 來(lái)源：NI公司 |
