ROS史话36篇.10 乌龟机器人

瓦尔特1910年出生于美国1，幼年由于父母的缘故，来到英语求学。后来成为一名神经科学家。一生多数时间在美国做研究。为了研究大脑和神经反应，1948至1949年间，瓦尔特制作了一个被自己称为“机器冒险者（拉丁语为MachinaSpeculatrix）”的机械装置。希望通过让机器装置来模仿人类，研究神经反应和人类的行为。

“机器冒险者”采用了三轮结构，一个转向轮，两个驱动轮。前面的转向轮用于控制方向，两个后轮用来驱动整个机构。



瓦尔特在这个三轮“机器冒险者”的上面遮盖了一个外壳，看起来非常可爱，像一只大乌龟。人们称其为瓦尔特的“乌龟”，这只“乌龟”也是人类历史上第一个自主移动的机器人。

瓦尔特的“乌龟机器人”对机器人学、人工智能产生重大影响。很多人在瓦尔特的“乌龟机器人”影响中成长起来。

其中，1956年有一位大学生伊万·苏泽兰（Ivan Sutherland）给瓦尔特写了一封信，信中苏泽兰虚心地向瓦尔特请教、征求意见。

谁是伊万·苏泽兰？

伊万·苏泽兰1938年出生于美国，ACM图灵奖获得者，图形用户界面（Graphical UserInterface ，简称GUI）的发明者，我们现在用的Windows界面就是一种图像界面，他还发明了SketchPad，允许用户直接用笔在屏幕上画图，是手指交互的先驱（智能手机上用手机交互），当然那时候是用一支笔进行交互。他还是头戴式虚拟现实头盔的发明者，我们现在看到的HTC VIVE，Play Station VR就是这类设备，这位伊万·苏泽兰被后人称为“虚拟现实之父”。



2016年苏泽兰还受邀来到上海，做了一场报告。





1967年MIT人工智能实验室的教授们发明了PDP1 计算机，但是没有显示器。为了让孩子能使用这样的计算机，他们用电话线将计算机与一个机器人连在一起，通过机器人的运动来观察计算机的计算结果。受威廉姆·格雷·瓦尔特的“乌龟机器人”的启发，他们的机器人也有一个“乌龟”的外形。




未了能够有效地控制这样的“乌龟机器人”，他们发明的Logo语言，并开发了一个仿真环境，显示乌龟的小图标。

设计Logo的本意是为了以某种合适的方式，向儿童教授计算机编程。后来的仿真环境就是Logo的海龟绘图（Turtle Graphics）系统，通过向海龟发送命令，用户可以直观地学习程序的运行过程，因此它很适合于儿童学习。

海龟绘图使得Logo用户可以通过简单的编程创作出丰富多彩的视觉效果或图案。假想一只带着画笔的海龟可以接受简单的命令，例如向前走50步，右转90度，再向前走50步，再右转90度。通过对这只海龟发送命令，可以让它绘制出较为复杂的图形，例如正方形，三角形，圆等。海龟的移动相对于它本身所在的位置。

例如，命令"右90"意味着让海龟右转90度，学习者可以站在海龟的角度来思考它将如何执行命令，这使得程序设计更加形象化，也更易于理解。



为了让编程更有趣，当时在美国施乐公司帕克研究中心（Xerox PARC）参考威廉姆·格雷·瓦尔特的工作开发了一款机器人，背上也背了一个大壳，可以在地板上运动。通过编程，输入指令，可以让这个机器人前进，还可以让它原地转动。它的动作非常慢，大家称其为“乌龟”。

人们用Logo语言来控制这个海龟的机器人。下图就是这个海龟机器人。海龟机器人底部有一只画笔，在移动和转动的时候，可以在地板上留下画笔的痕迹。根据计算机输入的指令和海龟机器人的移动，就可以在地面上画出不同形状的图形。

下图就是这个“乌龟”机器人。



还有一些其他类型、现代版的乌龟机器人。



乌龟（Turtle）在机器人领域基本成了机器人的代名词了。有TurtleBot这样的名字，也就不足为奇了。