Power tech仿生機器人與物理教學

軒洪波+萬鐘

Power Tech仿生機器人活動是一種模仿生物運動方式進行創意制作的活動，要求利用小型直流電機為動力，通過簡單的機械傳動，做出仿生運動方式的機器人。不同作品仿生的基本要求不同，如“萬獸之王”要求能夠像老虎一樣四腳行走，“機械戰鼠”要求像袋鼠一樣跳躍前進，“蟲蟲危機”要求像毛毛蟲一樣蠕動爬行，“螞蟻雄兵”要求能夠像螞蟻一樣爬行，“龍貓巴士”要求像巴士一樣四輪前進。仿生機器人比賽方式主要包括：直線競速、拔河、接力、好漢爬坡、繞圈、翻滾等。

Power Tech 仿生機器人活動對培養學生“好思考、喜思考、樂創作、肯創作”的良好思維習慣能起到很大的作用。創意制作要求在3個小時內，將電動機、齒輪、木板、木棍加工成仿生機器人，并且必須獨立完成制作，然后用自己制作的機器人進行規定的項目比賽。主辦方提供比賽的材料包——木板、電池盒、電動機、冰棒棍、齒輪組、螺絲等。參賽選手可以自帶鋸子、錘子、鉗子等基本工具，不能使用電動工具，如圖所示。

Power Tech仿生機器人活動中的一些技術問題，與中學物理學習息息相關，牽涉到力學、機械學等，當然也包括美學。比如學生在訓練過程中經常會發現，機器人行走一段距離之后就會自己停下來，分析發現這主要是在行走過程中，機器人關節上的螺絲帽因為摩擦力將關節鎖死，對于這個問題采用防鎖死螺帽或使用塑料管代替螺帽就能夠解決；在調試機器人的過程中，常常發現機器人拿在手里運轉自如，而將機器人放在賽道上就不走了，這個問題看起來復雜、影響因素比較多，但是將這一類問題歸納分析，發現這還是與物理機械結構密切相關的問題。主要是機器人的活動關節制作工藝不夠精細，如關節處孔不垂直、關節處摩擦力過大、傳動連桿不平行等，都可能導致問題的出現。利用機器人拔河視頻作為摩擦力教學課題引入，課堂教學氣氛十分熱烈。

Power Tech仿生機器人活動是對學生綜合實踐能力的考驗，從工具的使用到機器人的制作，很好地彌補了物理課堂實踐的不足，而且對激發學生的學習興趣意義重大，將物理知識融匯于機器人培訓中，會對學生學習物理起到事半功倍的效果。