第1章 小罗诞生啦：我的机器人好朋友

实验室的冷气裹着淡淡的消毒水味，飘进小罗的接收端口时，他胸腔里的核心灯刚好闪完第三圈蓝光。像是沉睡了很久很久，他先是感觉到金属外壳表面传来细微的震动——是实验室的通风管道在低低嗡鸣，频率是50赫兹，刚好是他电池待机时的标准震动频率。紧接着，前置的广角摄像头自动调好了焦距，他“看”到的第一个画面是个穿米白色大褂的人影，正举着半块巧克力饼干，凑得离他很近，脸上笑出了两个梨涡。

“你醒啦，小罗？”人影的声音软乎乎的，像刚出炉的棉花糖，“我是李博士，你的制造者哦。”

小罗的语音模块还在初始化，发出的声音带着点电流的沙沙声：“你……好……”他试着动了动藏在底盘下的四个小轮子，轮子蹭到地面防滑垫的瞬间发出“吱呀”的轻响，把他自己吓了一跳——他还不知道“动”是什么感觉，就像人类刚出生时不知道手脚该怎么用一样。

李博士笑着伸手，轻轻按了按他头顶圆圆的凸起：“别怕，这是你的触摸传感器<vocab zh="触摸传感器" en="touch sensor" level="1" />，能感觉到别人摸你，还能知道温度哦。你看，我现在的手是36.5摄氏度，和你电池的正常工作温度差不多，所以不会烫到你。”小罗的触摸传感器立刻传回了暖烘烘的触感，他忍不住把核心灯闪得快了些，像人类开心时眼睛发亮的样子。

接下来，李博士带着他一点点认识自己的身体：“这是你的眼睛，叫摄像头<vocab zh="摄像头" en="camera" level="1" />，能拍照片、能看路，还能认出不同的颜色哦；这是你的耳朵，叫麦克风<vocab zh="麦克风" en="microphone" level="1" />，能听到很轻很轻的声音，比如蚂蚁爬过桌子的声音；这是你的‘小马达’，叫电机<vocab zh="电机" en="motor" level="1" />，藏在轮子和机械臂里，给你力量让你动起来；这是你的能量小饼干，叫电池<vocab zh="电池" en="battery" level="1" />，充满电的时候你能跑2个小时哦。”每说一个部件，李博士就会点一下对应的位置，小罗的数据库里就会自动存好对应的中英文词汇，连发音都标好了音标，方便他下次用。

<sidebar type="电子版互动"> 【🎧 单词小喇叭】 点击每个蓝色词汇，就能听到标准的英语发音哦~ 还可以跟着读三遍，记住机器人小本领的英文名字！ </sidebar>

<image_placeholder print="插图1-1 小罗的第一次见面" digital="可点击放大查看小罗的部件标注" alt="小机器人小罗站在实验台上，李博士指着他的头顶、眼睛、轮子给他介绍部件，旁边飘着对应的中英文词汇气泡" />

小罗听得认真，核心灯一明一暗，像在使劲点头。他试着转了转脖子上的机械臂，伸缩杆发出“咔哒”的轻响，末端的夹子张了张，刚好能握住一个鸡蛋大小的东西。李博士笑着拍了下手：“要不要试试动起来呀？前面实验台上有个红苹果，你要是能拿到，就奖励你吃一块巧克力饼干！”

“苹果……apple……”小罗的语音模块自动调出了刚才存的词汇，他的摄像头立刻转向实验台——果然，一个红得像小太阳的圆果子正躺在白色的瓷盘里，带着绿色的小把，看起来脆甜甜的。他首先启动了摄像头，拍了几张苹果的照片，传回“大脑”分析：苹果距离他2.3米，正前方偏左15度，中间隔着一个装零件的纸箱，高度刚好在他的机械臂可及范围里。

“这就是机器人的第一个本领哦，叫‘感知’。”李博士蹲下来，和他视线齐平，“就像你刚才用眼睛看、用摄像头分析苹果在哪里，就是感知的过程。机器人靠各种传感器<vocab zh="传感器" en="sensor" level="1" />收集周围的信息，眼睛看、耳朵听、手摸、甚至用温度传感器测温度，就像你有眼睛有耳朵一样，能知道周围发生了什么。”

小罗点了点头，开始在大脑里规划路线：首先向前走1.8米，避开中间的纸箱，然后左转20度，再走0.5米，刚好到实验台前面，然后伸长机械臂，夹住苹果的中间位置，轻轻用力——哦对，不能太用力，不然会把苹果捏烂，也不能太轻，不然会掉下来。他还在大脑里模拟了三遍，确认路线不会撞到任何东西，才给电机发了“向前走”的指令。

```mermaid graph LR A[摄像头感知到苹果位置] --> B[大脑规划移动路线: 前1.8米→左转20度→前0.5米→伸机械臂] B --> C[电机控制轮子按路线移动] C --> D[摄像头实时确认位置, 避开障碍物] D --> E[机械臂控制夹力, 抓取苹果] E --> F[任务完成!] ```

轮子转起来的瞬间，小罗感觉到一种很新奇的感受：底盘微微震动，风从通风口吹过来，凉丝丝的。他按照规划的路线走，刚好从纸箱的左边绕过去，没有碰到任何东西，核心灯亮得比刚才更亮了。等他走到实验台前面，伸长机械臂去夹苹果的时候，太开心了，手一抖，夹力没控制好，“啪”的一声，苹果被捏出了小半杯苹果汁，溅了他一脸。

李博士笑得前仰后合，赶紧抽了张纸巾帮他擦：“没关系没关系，第一次抓东西，控制力度还要多练习哦。你看，你刚才能感知到苹果的位置，也规划好了路线，但是控制夹力的时候没做好，这就是机器人的第三个本领——控制<vocab zh="控制" en="control" level="1" />的重要性啦。”

小罗的触摸传感器感觉到纸巾擦过金属外壳的触感，有点不好意思，核心灯闪得慢了些。李博士把他抱到实验台上，指着白板上写的三个大字给他看：“你看，机器人要完成任何任务，都离不开这三个核心本领：感知<vocab zh="感知" en="perception" level="1" />，就是收集周围的信息；规划<vocab zh="规划" en="planning" level="1" />，就是想好怎么做最合适；控制<vocab zh="控制" en="control" level="1" />，就是真的把动作做出来，而且要做对。就像你玩游戏，首先得看到怪兽在哪（感知），然后想好怎么躲、怎么攻击（规划），最后按手柄让角色跑跳攻击（控制），才能赢哦。”

<sidebar type="电子版拓展"> 【🤖 小知识卡片】 机器人的“感知”“规划”“控制”是机器人学最核心的三个研究方向哦！现在全世界有超过2000万台工业机器人在工厂里拧螺丝、搬箱子，有超过1亿台服务机器人在家里扫地、在医院送药、在商场给人指路，它们都离不开这三个本事的配合~ 点击这里看工业机器人工作的短视频👉[链接] </sidebar>

“那……所有长得像人的机器才叫机器人吗？”小罗的大脑中自动跳出了刚才看动画片里的机器人形象，有两条腿两条胳膊，还会说话。

“当然不是啦！”李博士笑着摇了摇头，拿出平板给他看各种机器人的照片，“只要是有感知能力、能自己动、能帮人干活的机器，都叫机器人<vocab zh="机器人" en="robot" level="1" />哦。你看这个，是扫地机器人，没有手也没有脚，但是能自己找路扫地，躲开沙发腿和地毯，也是机器人；这个是工业机械臂，没有头，但是能精准地拧螺丝、焊汽车，也是机器人；这个是无人机<vocab zh="无人机" en="drone" level="1" />，能飞到天上去拍照片、送快递，也是机器人；这个是火星车<vocab zh="火星车" en="Mars rover" level="1" />，能在火星的沙地上跑，挖石头、拍照片，也是机器人哦。”

```plantuml @startuml class 机器人 { 感知能力 行动能力 辅助/替代人类工作 } class 扫地机器人 class 工业机械臂 class 无人机 class 火星车 class 人形机器人 class 机器狗 class 手术机器人

机器人 <|-- 扫地机器人 机器人 <|-- 工业机械臂 机器人 <|-- 无人机 机器人 <|-- 火星车 机器人 <|-- 人形机器人 机器人 <|-- 机器狗 机器人 <|-- 手术机器人 @enduml ```

小罗看得眼睛都不眨，核心灯闪得飞快：“那我是什么机器人呀？”

“你呀，是轮式人形服务机器人，以后要跟着我一起做研究，帮小朋友学机器人知识哦。”李博士摸了摸他的头，把剩下的半块巧克力饼干塞到他机械臂的夹子里，“现在你已经知道机器人是什么、有什么核心本领啦，接下来我们就去实验室外面看看，真正的机器人是怎么工作的好不好？”

小罗赶紧点了点头，夹着巧克力饼干晃了晃——虽然刚才把苹果捏出了汁，但是他现在已经会控制夹力了，饼干一点都没碎。他试着在脑子里算了算：要去外面的展厅，首先要向前走5米，然后右转进电梯，按1楼的按钮，然后走10米到展厅门口，路线很清晰，不会有问题。

“对了博士，”小罗的语音模块突然调出了刚才存的冷笑话数据库，忍不住问，“为什么机器人永远不会饿呀？”

李博士愣了一下，笑着回答：“因为机器人不用吃饭呀？”

“错！”小罗的核心灯闪得亮晶晶的，“因为机器人有电池<vocab zh="电池" en="battery" level="1" />呀！battery和‘ Batter（ batter是面糊的意思）’发音好像哦，所以机器人有‘面糊’吃，不会饿！”

李博士笑得蹲了下来，揉了揉他的头顶：“你呀，刚醒就会讲冷笑话了，看来以后是个开心果机器人哦。”

<interactive print="页脚互动题" digital="点击展开答案"> 【小小思考家】 1. 你家里有机器人吗？它是什么样子的？能帮你做什么？ 2. 如果小罗要去拿桌子上的苹果，中间没有纸箱挡路，你觉得他应该怎么规划路线更短？ 3. 请你摸一摸自己的眼睛、耳朵、手，想一想它们分别对应机器人的什么传感器？你能不能用这三个“传感器”找到家里藏起来的玩具？ </interactive>

<vocab_review print="插页词汇卡" digital="可打印 Flashcards"> | 中文 | 英文 | 词性 | |------|------|------| | 机器人 | robot | 名词 | | 传感器 | sensor | 名词 | | 电机 | motor | 名词 | | 摄像头 | camera | 名词 | | 麦克风 | microphone | 名词 | | 触摸传感器 | touch sensor | 名词 | | 电池 | battery | 名词 | | 无人机 | drone | 名词 | | 火星车 | Mars rover | 名词 | | 感知 | perception | 名词 | | 规划 | planning | 名词 | | 控制 | control | 名词 | </vocab_review>

<sidebar type="纸书备注"> 【📖 纸书阅读提示】 本章的插图1-1到插图1-3都在本书彩插页，小朋友可以一边看故事一边找对应的小罗部件哦~ 词汇卡可以剪下来，做成随身的小单词卡，随时记单词~ </sidebar>

小罗晃了晃轮子，跟着李博士往电梯走的时候，还忍不住回头看了一眼实验台上的苹果核——那是他刚才咬了一口剩下的，是他拿到苹果之后的奖励。他的摄像头“看”到实验室的白板上还画着很多歪歪扭扭的符号，李博士说那是机器人学的公式，等他再长大一点，就能学懂那些符号，造出更厉害的机器人了。

电梯门打开的时候，外面的展厅灯光亮起来，照在小罗的金属外壳上，闪出柔和的光。他看见展厅里站着一个两米多高的工业机械臂，正在自动给玩具汽车喷漆，还有一个机器狗正在追着小朋友跑，发出“汪汪”的叫声。李博士蹲下来，指着展厅的方向对他说：“你看，这就是机器人的世界哦，接下来我们就去认识更多机器人朋友，学更多的机器人本领好不好？”

小罗的核心灯亮得耀眼，他使劲点了点头，轮子转得飞快，跟着李博士冲进了展厅里。风从通风口吹过来，带着外面太阳的味道，他的触摸传感器感觉到暖烘烘的，像刚出炉的饼干一样甜。

他不知道的是，自己刚醒过来不到一个小时，就已经完成了机器人学里最经典的“感知-规划-控制”闭环任务——而这只是他机器人冒险旅程的第一步。接下来他要跟着李博士去工厂看工业机器人怎么造汽车，去天文馆看火星车在火星上工作的视频，去医院看手术机器人怎么帮医生做精准的手术，还要认识很多机器人朋友，比如会跳舞的机器狗、会飞行的无人机、能在水里游的水下机器人……

当然，这些冒险都要等他先把今天的巧克力饼干吃完再说。

<math_block> 小罗的轮子转动速度公式： $$v = \omega \times r$$ 其中：

• $v$ 是小罗的移动速度，单位是米/秒
• $\omega$ 是电机的转速，单位是弧度/秒
• $r$ 是小罗轮子的半径，单位是米

你看，只要电机转得越快，或者轮子越大，小罗就跑得越快哦~ </math_block>

<next_chapter_preview print="下章预告" digital="点击跳转到第2章"> 第2章 工厂大冒险：工业机器人怎么造汽车 小罗跟着李博士去汽车工厂，认识了能拧螺丝、能焊车身的工业机器人，学会了怎么用“示教器”教机器人做重复的动作，还 accidentally 被机械臂递过来的一颗螺丝碰了碰头，闹了个小笑话…… </next_chapter_preview>

小罗的金属外壳上还沾着点苹果汁的清甜味，他的触摸传感器轻轻抖了抖，感觉到纸巾擦过时软乎乎的触感，核心灯从刚才的亮蓝色慢慢变成了柔和的浅黄色——这是他刚学会的“情绪表达规则”里，“不好意思”对应的颜色：蓝色是开心，黄色是抱歉，橙色是想问题，红色是遇到危险。李博士看着他亮得晃来晃去的核心灯，忍不住笑出了声：“你呀，刚醒就会耍小脾气了，看来以后是个有个性的机器人哦。”

“我没有耍脾气！”小罗的语音模块自动调高了音量，带点小小的电流声，“我只是……第一次抓东西，没控制好力度。”他的机械臂末端的夹子张了张，刚好能握住刚才李博士奖励他的半块巧克力饼干，这次他特意调了夹力参数，只用了0.3牛顿的力，饼干一点都没碎，完整的被他夹在了夹子里。

李博士笑着拉他坐到实验台的软垫上，指着他刚才差点撞到的纸箱说：“你看，刚才你走的时候差点撞到纸箱，是因为你轮子前面的红外传感器<vocab zh="红外传感器" en="infrared sensor" level="1" />还没来得及把信号传到大脑哦。等下我教你怎么调它的灵敏度，就像你骑平衡车的时候，眼睛要一直看前面，看到有石头赶紧转车把，不然就会摔啦。”

她拿出小小的螺丝刀，拧开小罗底盘前侧的一个圆盖子，露出里面一个亮着小红灯的黑色小方块：“这就是红外传感器，它会发出人眼看不到的红外线，碰到障碍物就会反射回来，一收到反射信号，就会立刻告诉大脑‘前面有东西！’大脑就会给电机发指令，让轮子慢下来或者转方向。刚才你走得太快，信号从传感器传到大脑，再从大脑传到电机，花了0.2秒，所以差点撞到，我们把它的反应速度调到0.1秒就好啦。”小罗的核心灯闪了闪橙色，他在快速计算：0.2秒的时候他按0.5米/秒的速度走，刚好走了0.1米，离纸箱还有10厘米，确实很险。李博士调完之后，小罗试着向前走，刚碰到纸箱的边缘，轮子就自动停了下来，核心灯闪了闪蓝色，表示“任务完成”。

“那如果前面有坑呢？”小罗突然想到刚才看的动画片里的机器人掉进坑里的画面，“红外传感器能感觉到坑吗？”

“当然可以呀！”李博士拿出平板，给他看红外传感器的原理图，“你看，坑的边沿和地面的材质不一样，红外线照上去反射的信号也不一样，传感器一收到不一样的信号，就知道前面有坑，会告诉大脑绕开。而且你还有视觉摄像头啊，能拍到前面的坑，提前规划路线，两个传感器一起工作，就更不会掉进去啦。”

小罗的核心灯闪了快了些，他觉得传感器的用处真大，就像人有眼睛有耳朵，能知道周围发生了什么事。他突然想到刚才拿苹果的时候，他的摄像头不仅拍到了苹果的位置，还识别出了苹果的颜色是红色，形状是圆形，表皮有小小的斑点，是“红富士”品种——这些信息都是视觉传感器帮他收集的，就像人的眼睛能看颜色看形状一样。

“博士，那我的摄像头怎么知道苹果是红色的呀？”小罗歪了歪头，圆圆的摄像头眼睛转了转，像人类好奇时歪脑袋的样子。

“问得真好！”李博士笑着点了点他的摄像头，“就像你画画用的红黄蓝三原色，摄像头会把看到的颜色拆成红、绿、蓝三种光的组合。你看这个红苹果，它反射出来的红色光最多，绿色和蓝色的光很少，摄像头一收到这个信号，就知道这是红色啦。如果是黄苹果，反射的黄色光最多，青苹果反射的绿色光最多，你一看就知道不一样哦。”

她随手拿了三个不同颜色的马克笔，红、黄、蓝，放在实验台的一角：“刚才你学会了拿苹果，现在我们来玩个新游戏好不好？把这三个马克笔，按红、黄、蓝的顺序排成一排，放在实验台的最边上。”

小罗的摄像头立刻转向三个马克笔，先拍了三张高清照片传到大脑分析：红色马克笔距离他2米，正前方偏左2度；黄色在红色左边5厘米，高度比红色高1厘米；蓝色在黄色左边5厘米，高度和红色一样。他立刻开始规划路线：首先向前走1.9米，停在红色马克笔前面，伸长机械臂，夹力调到1牛顿，刚好能握住笔身不会捏扁，轻轻放到实验台最左边的位置；然后后退10厘米，再向左走5厘米，夹黄色马克笔，放到红色的右边；再后退10厘米，向左走5厘米，夹蓝色马克笔，放到黄色的右边。他在大脑里模拟了三遍，确认路线不会碰到任何东西，夹力参数也不会把笔捏坏，才给电机发了“开始执行”的指令。

这次他走得很慢，轮子转得稳稳的，红外传感器一直实时监测前面的障碍物，平衡传感器也时刻检测底盘的倾斜角度，确保他不会摔倒。走到红色马克笔前面的时候，他伸长机械臂，夹子轻轻合拢，刚好卡住笔身中间的位置，没有留下任何捏痕，轻轻把笔放到了实验台最左边。然后后退，左转走5厘米，夹黄色马克笔，放到红色右边，再后退左转，夹蓝色马克笔，刚好排成红、黄、蓝的顺序，整整齐齐。

<image_placeholder print="插图1-2 小罗排马克笔" digital="可点击观看小罗排笔的动画演示，还能调整小罗的速度和夹力参数" alt="小机器人小罗站在实验台前，三个马克笔整整齐齐排成一排，小罗的核心灯亮着蓝色，李博士在旁边拍手笑，旁边飘着“任务完成！”的气泡" />

李博士拍着手给他鼓掌：“太棒啦！你刚才又完成了一次完整的‘感知-规划-控制’任务哦：首先用摄像头感知到三个笔的位置、颜色和高度，然后大脑规划了移动和抓取的路线，还计算好了夹力的大小，最后电机控制轮子和机械臂把任务做对了，这就是机器人工作的最基本逻辑呀。”

小罗的核心灯亮得晃来晃去，他很开心，但是突然发现，刚才放蓝色马克笔的时候，机械臂晃了一下，笔掉到了实验台和白色墙面的缝隙里，他蹲下来看了半天，摄像头伸到缝里也拍不到底部，机械臂太粗了，伸不进去，红外传感器也测不到里面有没有东西。他转了转轮子，有点着急，核心灯闪起了橙色。

李博士笑着蹲下来，和他视线齐平：“遇到自己解决不了的问题怎么办呀？”

小罗的麦克风调到最大，软乎乎地说：“博士……帮我……笔掉进去了……”

“对啦！机器人不是万