心中有愛(ài) 創(chuàng)意無(wú)限

知力記者

經(jīng)過(guò)幾次工業(yè)革命之后，機(jī)器在人類社會(huì)中占據(jù)了越來(lái)越重要的位置。在工業(yè)生產(chǎn)中，機(jī)器人可以有效完成很多工人很難完成的任務(wù)；在科研活動(dòng)中，機(jī)器人探測(cè)器幫助科學(xué)家了解地球最隱秘的角落；在日常生活中，服務(wù)型機(jī)器人讓生活更加輕松。最近已經(jīng)出現(xiàn)了可以同步接收人類大腦信號(hào)的機(jī)器人，機(jī)械義肢的普及指日可待。科學(xué)家們對(duì)機(jī)器人的研發(fā)從未停止，而機(jī)器人愛(ài)好者們也在進(jìn)行著自己的努力。這個(gè)夏天，來(lái)自全國(guó)各地的582名中小學(xué)生聚集在新疆，帶著他們的心血之作，在第十四屆全國(guó)青少年機(jī)器人大賽上一展風(fēng)采。

本屆大賽的主題是“激情創(chuàng)造·快樂(lè)成長(zhǎng)”。比賽分為5個(gè)項(xiàng)目，分別是機(jī)器人綜合技能比賽、機(jī)器人創(chuàng)意比賽、FLL機(jī)器人挑戰(zhàn)賽、VEX機(jī)器人工程挑戰(zhàn)賽和機(jī)器人足球比賽，其中最為抓人眼球的莫過(guò)于機(jī)器人創(chuàng)意比賽。本屆機(jī)器人創(chuàng)意比賽的主題是“助老助殘機(jī)器人”，選手們用他們令人驚嘆的想象力和靈巧的雙手，為我們呈現(xiàn)了一件又一件優(yōu)秀的作品。

茶藝機(jī)器人

參賽團(tuán)隊(duì)：合肥市四十五中學(xué)

參賽學(xué)生：周頌之 陳音含 趙子睿

指導(dǎo)老師：宋蓓蓓 劉志國(guó) 李玲玲

“茶藝”這兩個(gè)字，聽(tīng)上去就十分優(yōu)雅，似乎和機(jī)械扯不上半點(diǎn)關(guān)系。在這次的機(jī)器人創(chuàng)意大賽上，有一隊(duì)選手，就把這兩項(xiàng)看起來(lái)不相干的東西結(jié)合了起來(lái)，于是我們就看到了這個(gè)作品——茶藝機(jī)器人。關(guān)于機(jī)器人制作的過(guò)程，參賽學(xué)生有很多心得。

我們通過(guò)實(shí)地觀看茶藝表演，網(wǎng)上查找茶藝資料，對(duì)茶藝的過(guò)程有了一定的了解。茶藝的流程非常復(fù)雜，于是我們從中選取了幾個(gè)最主要的過(guò)程讓機(jī)器人來(lái)實(shí)現(xiàn)。

受到自動(dòng)飲料機(jī)的啟發(fā)，我們?cè)O(shè)置了三個(gè)觸碰傳感器來(lái)完成選茶功能。這也非常便于老年人、殘疾人來(lái)操作。

在茶壺下安裝絲杠，再在絲杠前后各裝一個(gè)觸碰傳感器，這樣可以限制茶壺前后到達(dá)的位置。待茶壺移到指定位置，旋轉(zhuǎn)把手揭蓋。我們事先將茶葉放入三個(gè)茶槽。機(jī)器人用一個(gè)茶槽蓋將茶蓋上，茶槽蓋是否蓋上也有相應(yīng)的觸碰傳感器。機(jī)器人打開(kāi)茶槽蓋后，利用安裝在底部的絲杠將選定的茶葉頂出茶槽。茶葉就會(huì)順著斜坡，準(zhǔn)確地投入茶壺中，最后將壺蓋蓋上。

齒條帶動(dòng)熱水管下降，利用連通器的原理，將水注入茶壺中。為了能藝術(shù)地欣賞茶藝，我們安裝了轉(zhuǎn)盤，熱水管一開(kāi)始不在茶壺的上方，當(dāng)需要熱水時(shí)，轉(zhuǎn)盤帶動(dòng)熱水管轉(zhuǎn)到茶壺上方。為更充分地洗茶，我們用齒輪加上連桿結(jié)構(gòu)，齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，就可帶動(dòng)連桿上下移動(dòng)，從而讓茶壺也跟著左右搖晃。與此同時(shí)，茶海移動(dòng)到茶壺下方，接到洗茶水，并把洗茶的水倒入廢水器中。

有一首詩(shī)對(duì)泡茶的水溫是這樣寫的：“蟹眼已過(guò)魚(yú)眼生，颼颼欲作松風(fēng)鳴?！蓖ㄟ^(guò)向茶藝師咨詢，我們了解到，不同的茶要想泡得好，所需的水溫也不同，比如綠茶要用80攝氏度水來(lái)沖泡，才能體現(xiàn)綠茶“鮮、嫩、甘、滑”的特點(diǎn)；普洱茶，則要用100攝氏度的水沖泡，才可泡出茶的韻味。我們將水煮沸后，通過(guò)溫度傳感器檢測(cè)溫度，達(dá)到泡茶的合適溫度，就往茶壺里注入熱水。稍等片刻，泡好的茶就被倒入茶海中。

同樣接受按鈕操作，按一次倒一次茶，由于每倒一次茶，茶海里的水就會(huì)減少一些，所以在設(shè)定的4次沏茶中，茶海傾斜的角度依次增大。

將機(jī)器人小車的前端做成手捧形狀，持有茶杯。通過(guò)碰撞茶藝機(jī)器人的傳感器，由機(jī)器人接茶，并遙控給人們獻(xiàn)茶。

超級(jí)老伙伴

參賽團(tuán)隊(duì)：杭州學(xué)軍中學(xué)

參賽學(xué)生：余鐘亮 徐可帥 夏舟杭

指導(dǎo)老師：沈曉恬

一些老年人由于行動(dòng)不便，不能出去跟朋友逛街游玩，難免會(huì)覺(jué)得孤獨(dú)。于是，富有愛(ài)心的同學(xué)們就發(fā)明了這款名叫“超級(jí)老伙伴”的機(jī)器人，幫助老年人無(wú)障礙地和自己的朋友溝通交流。在科技館展覽的現(xiàn)場(chǎng)，幾位同學(xué)給我們?cè)敿?xì)介紹了他們的機(jī)器人。

在以往的制作經(jīng)驗(yàn)中，我們親身感受到了高度30厘米左右的小機(jī)器人對(duì)于任何人來(lái)說(shuō)操作都是非常困難的，尤其是老年人這樣不易彎腰的人群。經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，我們確定了最適宜普通老人操作的高度是90厘米。由此也確定了機(jī)器人的高度和基本框架尺寸。

為了簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)、滿足運(yùn)算能力需求、滿足交互需求，我們采用微軟Surface Pro平板電腦作為主控制器，運(yùn)行Java編寫主程序和底層硬件交互層，通過(guò)一只USB Hub連接眾多外圍設(shè)備。與傳感器通信主要采用Arduino Mega 2560開(kāi)發(fā)板，通過(guò)串口，基于自有協(xié)議Mamata。

我們利用了鋁型材設(shè)計(jì)并搭建了機(jī)器人的外框結(jié)構(gòu)。為了滿足靈活性，我們采用了全向輪，可以使機(jī)器人擁有3個(gè)自由度，完成平移和旋轉(zhuǎn)。

為方便老人使用，我們參考了不少自然用戶界面（NUI）相關(guān)文獻(xiàn)，研究了紅外觸摸感應(yīng)等技術(shù)。后來(lái)采用Kinect作為主要的交互方式，使老人只需在機(jī)器人周圍即可通過(guò)手勢(shì)操作機(jī)器人。

超級(jí)老伙伴的開(kāi)發(fā)和制作過(guò)程都很復(fù)雜，大概用了6個(gè)月的時(shí)間。從板材的選用、搭建到編程、連接電路都是我們自己動(dòng)手的。目前，這種伴侶型機(jī)器人的造價(jià)還很高，暫時(shí)還不能投入生產(chǎn)。不過(guò)我們相信，我們的這種設(shè)想會(huì)是一種很好的開(kāi)端，在未來(lái)一定可以設(shè)計(jì)出更加適合老年人的機(jī)器人。

無(wú)臂人進(jìn)餐器

參賽團(tuán)隊(duì)：陜西省陜縣寧陜中學(xué)

參賽學(xué)生：劉飛 李弋

指導(dǎo)老師：廖澤松

對(duì)于我們身體健全的人來(lái)說(shuō)，吃飯是很平常很簡(jiǎn)單的事情。可是對(duì)于沒(méi)有手臂的殘疾人，如果沒(méi)有別人的幫助，獨(dú)自進(jìn)餐的難度很大。為了幫助他們，幾位同學(xué)設(shè)計(jì)了這個(gè)小巧的機(jī)器人，讓無(wú)臂殘疾人也能夠從容地吃飯。參賽同學(xué)邊演示邊為我們講解了機(jī)器人的工作原理。

這個(gè)機(jī)器人的主體是我們學(xué)校老款的投影儀支架，我們把它拆下來(lái)進(jìn)行了廢物利用。我們?cè)O(shè)定了橫軸縱軸的坐標(biāo)，在這個(gè)空間里，這個(gè)機(jī)器人可以用勺子和叉子幫助殘疾人吃飯。我們?cè)O(shè)計(jì)了兩個(gè)不同的控制方法，面對(duì)不同程度的殘疾人。

腳控式適合幫助缺失雙臂但是雙腳完好的殘疾人，這樣的殘疾人一般可以用腳吃飯，但是在公共場(chǎng)合會(huì)讓他們覺(jué)得有失體面，所以我們?cè)O(shè)計(jì)了這種腳控開(kāi)關(guān)，可以把飯菜遞送到嘴前。

另一種是頜控式，主要面向既缺失雙臂又缺失雙腳的殘疾人。他們可以用下頜控制這個(gè)二維遙感儀，當(dāng)使用久了之后，就能夠熟練操作了。

因?yàn)樯眢w不方便的緣故，殘疾人吃飯通常會(huì)比較慢，往往吃到一半飯就涼了。所以我們特意加入了一個(gè)恒溫裝置，可以讓飯菜保持一定的溫度，不會(huì)很快冷掉。

為了節(jié)約殘疾人的開(kāi)銷，我們把這個(gè)機(jī)器人的成本控制得很低，為兩三百塊錢，應(yīng)該是他們可以接受的。

這里面所有零件都是我們自己做的，比較笨重，如果能投入生產(chǎn)，用數(shù)字化機(jī)床制作這些零件，機(jī)器人就會(huì)輕巧很多。

機(jī)器人賽事全知道

機(jī)器人綜合技能比賽

主題：少年當(dāng)自強(qiáng)

這項(xiàng)比賽是中國(guó)青少年機(jī)器人競(jìng)賽項(xiàng)目之一。參賽學(xué)生攜帶未拼裝的器材入場(chǎng)，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拼裝、編程。運(yùn)行程序后機(jī)器人在短時(shí)間內(nèi)完成的任務(wù)越多，得分越高。

VEX機(jī)器人工程挑戰(zhàn)賽

主題：夢(mèng)想成真

比賽全稱VEX Robotics Competition，同樣是國(guó)際機(jī)器人競(jìng)賽項(xiàng)目。比賽為對(duì)抗形式，兩支隊(duì)伍各有兩個(gè)機(jī)器人，包括自動(dòng)時(shí)間和手動(dòng)時(shí)間?；驹瓌t是把盡量多的得分物品放在得分區(qū)域內(nèi)，總得分多的一方獲勝。

FLL機(jī)器人挑戰(zhàn)賽 主題：天降之咎

這項(xiàng)比賽全稱First LEGO League，是一項(xiàng)國(guó)際機(jī)器人比賽項(xiàng)目。參賽隊(duì)員需要在比賽場(chǎng)地中現(xiàn)場(chǎng)制作并給機(jī)器人編程，完成不同的任務(wù)，同時(shí)還要進(jìn)行相應(yīng)的課題研究并完成研究報(bào)告。

機(jī)器人足球比賽

主題：足球世界杯

機(jī)器人足球比賽類似國(guó)際機(jī)器人足球賽事ROBO CUP，但規(guī)則上進(jìn)行了一定調(diào)整，在比拼速度和力量的同時(shí)，更加強(qiáng)調(diào)比賽中的技術(shù)成分。比賽使用可發(fā)射紅外線的圓球，機(jī)器人通過(guò)顏色和方向傳感器辨別球在場(chǎng)地上的位置，通過(guò)紅外傳感器感應(yīng)足球，并將足球推動(dòng)或彈射到對(duì)方球門里。