心中有愛 創意無限

知力記者

經過幾次工業革命之后，機器在人類社會中占據了越來越重要的位置。在工業生產中，機器人可以有效完成很多工人很難完成的任務；在科研活動中，機器人探測器幫助科學家了解地球最隱秘的角落；在日常生活中，服務型機器人讓生活更加輕松。最近已經出現了可以同步接收人類大腦信號的機器人，機械義肢的普及指日可待。科學家們對機器人的研發從未停止，而機器人愛好者們也在進行著自己的努力。這個夏天，來自全國各地的582名中小學生聚集在新疆，帶著他們的心血之作，在第十四屆全國青少年機器人大賽上一展風采。

本屆大賽的主題是“激情創造·快樂成長”。比賽分為5個項目，分別是機器人綜合技能比賽、機器人創意比賽、FLL機器人挑戰賽、VEX機器人工程挑戰賽和機器人足球比賽，其中最為抓人眼球的莫過于機器人創意比賽。本屆機器人創意比賽的主題是“助老助殘機器人”，選手們用他們令人驚嘆的想象力和靈巧的雙手，為我們呈現了一件又一件優秀的作品。

茶藝機器人

參賽團隊：合肥市四十五中學

參賽學生：周頌之 陳音含 趙子睿

指導老師：宋蓓蓓 劉志國 李玲玲

“茶藝”這兩個字，聽上去就十分優雅，似乎和機械扯不上半點關系。在這次的機器人創意大賽上，有一隊選手，就把這兩項看起來不相干的東西結合了起來，于是我們就看到了這個作品——茶藝機器人。關于機器人制作的過程，參賽學生有很多心得。

我們通過實地觀看茶藝表演，網上查找茶藝資料，對茶藝的過程有了一定的了解。茶藝的流程非常復雜，于是我們從中選取了幾個最主要的過程讓機器人來實現。

受到自動飲料機的啟發，我們設置了三個觸碰傳感器來完成選茶功能。這也非常便于老年人、殘疾人來操作。

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

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

有一首詩對泡茶的水溫是這樣寫的：“蟹眼已過魚眼生，颼颼欲作松風鳴。”通過向茶藝師咨詢，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攝氏度水來沖泡，才能體現綠茶“鮮、嫩、甘、滑”的特點；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，通過溫度傳感器檢測溫度，達到泡茶的合適溫度，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，茶海里的水就會減少一些，所以在設定的4次沏茶中，茶海傾斜的角度依次增大。

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

超級老伙伴

參賽團隊：杭州學軍中學

參賽學生：余鐘亮 徐可帥 夏舟杭

指導老師：沈曉恬

一些老年人由于行動不便，不能出去跟朋友逛街游玩，難免會覺得孤獨。于是，富有愛心的同學們就發明了這款名叫“超級老伙伴”的機器人，幫助老年人無障礙地和自己的朋友溝通交流。在科技館展覽的現場，幾位同學給我們詳細介紹了他們的機器人。

在以往的制作經驗中，我們親身感受到了高度30厘米左右的小機器人對于任何人來說操作都是非常困難的，尤其是老年人這樣不易彎腰的人群。經過多次試驗，我們確定了最適宜普通老人操作的高度是90厘米。由此也確定了機器人的高度和基本框架尺寸。

為了簡化開發、滿足運算能力需求、滿足交互需求，我們采用微軟Surface Pro平板電腦作為主控制器，運行Java編寫主程序和底層硬件交互層，通過一只USB Hub連接眾多外圍設備。與傳感器通信主要采用Arduino Mega 2560開發板，通過串口，基于自有協議Mamata。

我們利用了鋁型材設計并搭建了機器人的外框結構。為了滿足靈活性，我們采用了全向輪，可以使機器人擁有3個自由度，完成平移和旋轉。

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

超級老伙伴的開發和制作過程都很復雜，大概用了6個月的時間。從板材的選用、搭建到編程、連接電路都是我們自己動手的。目前，這種伴侶型機器人的造價還很高，暫時還不能投入生產。不過我們相信，我們的這種設想會是一種很好的開端，在未來一定可以設計出更加適合老年人的機器人。

無臂人進餐器

參賽團隊：陜西省陜縣寧陜中學

參賽學生：劉飛 李弋

指導老師：廖澤松

對于我們身體健全的人來說，吃飯是很平常很簡單的事情。可是對于沒有手臂的殘疾人，如果沒有別人的幫助，獨自進餐的難度很大。為了幫助他們，幾位同學設計了這個小巧的機器人，讓無臂殘疾人也能夠從容地吃飯。參賽同學邊演示邊為我們講解了機器人的工作原理。

這個機器人的主體是我們學校老款的投影儀支架，我們把它拆下來進行了廢物利用。我們設定了橫軸縱軸的坐標，在這個空間里，這個機器人可以用勺子和叉子幫助殘疾人吃飯。我們設計了兩個不同的控制方法，面對不同程度的殘疾人。

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，但是在公共場合會讓他們覺得有失體面，所以我們設計了這種腳控開關，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二維遙感儀，當使用久了之后，就能夠熟練操作了。

因為身體不方便的緣故，殘疾人吃飯通常會比較慢，往往吃到一半飯就涼了。所以我們特意加入了一個恒溫裝置，可以讓飯菜保持一定的溫度，不會很快冷掉。

為了節約殘疾人的開銷，我們把這個機器人的成本控制得很低，為兩三百塊錢，應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，用數字化機床制作這些零件，機器人就會輕巧很多。

機器人賽事全知道

機器人綜合技能比賽

主題：少年當自強

這項比賽是中國青少年機器人競賽項目之一。參賽學生攜帶未拼裝的器材入場，現場進行拼裝、編程。運行程序后機器人在短時間內完成的任務越多，得分越高。

VEX機器人工程挑戰賽

主題：夢想成真

比賽全稱VEX Robotics Competition，同樣是國際機器人競賽項目。比賽為對抗形式，兩支隊伍各有兩個機器人，包括自動時間和手動時間。基本原則是把盡量多的得分物品放在得分區域內，總得分多的一方獲勝。

FLL機器人挑戰賽 主題：天降之咎

這項比賽全稱First LEGO League，是一項國際機器人比賽項目。參賽隊員需要在比賽場地中現場制作并給機器人編程，完成不同的任務，同時還要進行相應的課題研究并完成研究報告。

機器人足球比賽

主題：足球世界杯

機器人足球比賽類似國際機器人足球賽事ROBO CUP，但規則上進行了一定調整，在比拼速度和力量的同時，更加強調比賽中的技術成分。比賽使用可發射紅外線的圓球，機器人通過顏色和方向傳感器辨別球在場地上的位置，通過紅外傳感器感應足球，并將足球推動或彈射到對方球門里。