創新思維勇奪冠

宋詩雨

在2016年機器人奧林匹克中國區的比賽中，我參加了人形機器人挑戰項目的比賽，并獲得中學組的冠軍。回顧比賽，一幕幕仍歷歷在目。

按照比賽規則要求，此次人形機器人挑戰項目包括投擲和競走，兩者綜合成績為參賽選手的最終成績。

人形機器人投擲項目比的是機器人投擲物塊的遠近。通過觀察，我發現機器人的投擲成績在比賽中幾乎起到決定性的作用，是拉開比分的關鍵。投擲程序的編寫很簡單，無非是彎腿、向后調整重心，同時向后擺臂，手臂向前擺動，擲出物塊。這是在賽場上最常用的一套程序，這套程序能取得的成績最遠是30厘米，而投擲成績的滿分卻是130厘米。很顯然，按照以往的編程操作，不會有非常理想的成績。

我試著用物理知識來分析投擲過程。在最初的投擲程序中，機器人雖然有一定的初速度，但機器人的手臂給物塊的力很小，導致物塊的加速度很小。比賽對機器人的高度有限制，不能超過50厘米。投擲的瞬間，物體所處的高度恒定，所以在空中運動的時間恒定，而初速度不變，因此只要加大物體的加速度就可以加大物塊的水平位移。在物塊質量不變的前提下，加大物塊的加速度就需要加大機器人的手臂給物塊的力。

找到了問題的根源，剩下的任務就迎刃而解了。在老師的幫助下，我將原有機器人的胳膊換成軟尺，當機器人的一只手臂勾住另一只手臂并使之有較大幅度的彎曲時，將物塊放在機器人的手臂上，兩只手臂松開的瞬間，物塊彈出，因為受到較大的彈力的作用，物塊可以飛出很遠，甚至能超過150厘米。

就這樣，我輕松地拿到了這個項目的滿分。

接下來進行的是人形機器人的競走項目。該項目要求人形機器人走完160厘米路程，用時最短者勝出。

機器人走路程序的編程最麻煩，主要表現在以下幾個方面：機器人走路時很難找準重心，容易走歪。調整機器人的速度時要很謹慎，不同的動作對速度的要求不同。比如在踢腿時，速度可盡量調快，但在機器人轉移重心時要放慢速度，“穩”為上策。

我在比賽現場發現了兩種走路方法：一種是大踏步式，程序約為10步。先讓機器人的重心完全落在右腿上，抬右腿踢出，落腳。接著調整重心到左腿，抬左腿踢出，落腳。再轉移重心到右腿，抬右腿……如此進行循環。這樣走路邁出的步子大，但頻率慢，重心不好找，要求選手對機器人的掌控能力很高。

另一種方法是小碎步，每次只邁出一小步，這種走路方式雖然步子小，但頻率極快，重心很好找。

在賽場上，大踏步式走路方式的最短用時是17秒，而小碎步的最短用時是11秒，并且比大踏步式的走路穩得多，也不易發生偏轉。

當然，兩種走路方式各有優缺點，無論哪種方式，最重要的還是參賽選手的內心素養和整體實力。

我想起了一位參賽選手的話：“調控機器人的過程就是發現問題、解決問題的過程，要追求極致，努力做到完美。”不論是人形機器人的投擲還是競走，都需要有直面問題的韌勁和追求完美的執著。（指導老師：徐勤波）