與機器人為伴，快樂成長

劉俊佳

葛家威和李和諧是一對好伙伴，一踏入黃土嶺小學就被劉老師的機器人社團深深地吸引住了——一個一個小小的零件組裝在一起竟然有意想不到的力量，能收放自如，并能在規(guī)定時間內(nèi)完成各種任務。懷著強烈的好奇心，這對好伙伴開啟了他們神奇的機器人之旅。

機器人好玩，但是要玩好并沒有那么簡單。玩好機器人不僅要熟悉各個零件的作用以及拼搭技巧，還要學會編程，讓機器人“聽話”地動起來。在每一次機器人社團課上，劉老師總是告訴大家：“只有想不到的，沒有做不到的，只要你敢想，機器人就會帶給你驚喜。”經(jīng)過三年的訓練，這對好伙伴由最開始的不知所措慢慢變得淡定從容，手里的機器人也由開始的“橫沖直撞”變得“言聽計從”。而這一切，劉老師都看在了眼里，是時候給這對勤奮而有悟性的小伙伴更大的挑戰(zhàn)了——參加FLL機器人工程挑戰(zhàn)賽。

FLL機器人工程挑戰(zhàn)賽分為現(xiàn)場競技、技術問辯、課題研究、團隊合作四個方面。該挑戰(zhàn)賽每年設置一個主題，圍繞主題設計十余項任務，由機器人在固定場地內(nèi)完成，同時要求參賽團隊結合生活對這個主題開展課題研究，最后在技術問辯時進行課題介紹和展示團隊風采，這是對參賽隊員的一次綜合、全面的考察。2018年FLL機器人工程挑戰(zhàn)賽的主題是“飲水思源”，旨在引導學生了解人類為滿足特定需要或愿望而尋找、運輸、使用和處理水資源的方法，并學習保護水資源的相關知識。這對好伙伴接到挑戰(zhàn)任務后，便開始忙碌起來。

擋在他們面前的第一道關卡就是如何做好保護水資源的課題研究，作為課題研究“小白”的葛家威和李和諧不知從何下手，于是他倆帶著疑惑，找到了劉老師。劉老師給他倆出了個主意：“去污水處理廠看看，找找靈感。”聽了劉老師的建議，這對好伙伴茅塞頓開，相約走訪了長沙市岳麓區(qū)污水處理廠，了解了污水處理的過程，也于工作人員處得知由于城市的快速發(fā)展，岳麓區(qū)污水處理廠已滿負荷運行。隨后，他們設計了調查問卷，對黃土嶺小學四年級的師生進行了問卷調查。他們發(fā)現(xiàn)污染、浪費水資源的現(xiàn)象仍比較普遍，并在水資源的循環(huán)利用和治理保護方面就個人層面和政府層面給出建議，完成了課題研究報告。

緊接著，葛家威和李和諧認真學習了“飲水思源”的場地挑戰(zhàn)任務，分步驟有序地搭建機器人車體，組裝機械臂。

第一步，挑選驅動電機。劉老師說過，要想機器人穩(wěn)定發(fā)揮，驅動電機的選擇至關重要。因此，這對小伙伴搭建機器人車體的第一步便是挑選驅動電機。在劉老師的引導下，通過聽電機轉動的聲音和實地調試，他們挑選出了兩個轉動快慢極其接近的驅動電機。

第二步，搭建機器人車體。通過上網(wǎng)觀看國內(nèi)外一些FLL機器人挑戰(zhàn)賽的視頻，葛家威和李和諧發(fā)現(xiàn)目前比較流行的機器人搭建策略是車體和機械臂分離，這就是說車體主要作為驅動和定位裝置，盡可能少地作為完成任務的策略物。完成任務的策略物完全獨立于車體，這樣搭建的車體簡單但很結實、很靈活，換機械臂也更為方便。于是，根據(jù)場地要求，他們利用平時所學的互鎖結構，選擇了用于精準定位的光電傳感器和方便操作的觸碰傳感器，設計了簡單小巧而又結實的車體。

第三步，規(guī)劃任務運行路線。搭建好車體之后，更大的難題接踵而至，F(xiàn)LL比賽的場地挑戰(zhàn)任務這么多，能一次完成嗎？不能一次完成的話，要怎么合理地規(guī)劃任務運行路線呢？這對小伙伴百思不得其解，于是向劉老師求助。劉老師指出：“所有的場地挑戰(zhàn)任務很難一次完成，我們必須合理地規(guī)劃任務運行路線。在規(guī)劃任務運行路線時須注意幾點：一、機器人能走直線就走直線，盡可能少轉彎（轉彎帶來的偶然誤差要比走直線的誤差大）;二、機器人出去一趟，一般完成3～5個任務為宜，如果任務過多，會增加機械臂設計和編程的難度，一旦失誤會對比賽的結果造成嚴重的影響;三、在設計任務運行路線時盡可能讓每條路線互不干擾，這樣一來即使第一次任務完不成也不至于影響后面的幾次任務;四、由于時間限制，任務運行路線一般不宜超過五條。”聽完之后，他倆根據(jù)劉老師的建議設計了五條互不干擾的路線來完成場地挑戰(zhàn)任務。

第四步，設計機械臂。這對小伙伴設計好任務運行路線后，就著手設計機械臂。葛家威和李和諧花了很長時間，拼了又拆，拆了又拼，反反復復地進行測試、改進，終于利用堅固的互鎖結構設計出了各條路線上模塊化、可更換的機械臂。可是，正當他們沉浸在成功的喜悅中時，問題來了：為什么機械臂裝到車體上要么不穩(wěn)，要么會卡住呢？為什么機械臂一個任務一個任務地完成比較穩(wěn)定，但是在一條運行線路上完成多個任務的時候會相互干擾，從而影響成功率呢？劉老師適時出現(xiàn)了，他說：“家威、和諧，你們仔細檢查一下機械臂，看設計夠簡約嗎？有沒有無意義的單位出現(xiàn)？”這對小伙伴一檢查，發(fā)現(xiàn)機械臂上有一條梁多出了一個單位，不仔細看還真發(fā)現(xiàn)不了，但就是多出的這一個單位壞了事兒，怪不得老是卡住。這對小伙伴將梁換小一個單位，問題迎刃而解。劉老師笑道：“能夠細心地發(fā)現(xiàn)問題并想出解決辦法，很棒！你們再看看，機器人行走的路程能不能更短？能不能讓機器人不移動就完成多個任務？”家威想了想，說道：“我們是不是能把機器人停到一個合適的位置，讓它把周圍的任務一起完成了呢？” 劉老師鼓勵道：“很聰明，一點就通，你們再根據(jù)自己的想法試試！”這對小伙伴有商有量，拆拆拼拼，還真把他們的設想實現(xiàn)了。

機器人車體搭好了，機械臂也已設計完成了，怎樣才能讓它們好好合作，聽話地動起來，按照既定路線去完成相應的任務呢？這就必須給機器人編寫有效的指令才行。簡單的指令完成一個任務還行，完成一條路線上的多個任務成功率就低很多。這對小伙伴犯愁了，他們又一次向劉老師求助。劉老師說：“在程序設計方面應盡量采用簡單的程序模塊，運用多種矯正方式來矯正機器人的行進路線，如盡可能利用場地模型、靠墻定位等讓機器人更加穩(wěn)定地完成任務。”這對小伙伴對機械臂進行了微調，并在劉老師的幫助下對程序進行了再設計，經(jīng)過多次調試，機器人越來越聽話了，越來越穩(wěn)定了。

這對小伙伴急著想證明自己，比賽終于在他們的期盼中如約而至。比賽前測試場地時，他們根據(jù)場地情況調試機器人、修改指令;比賽時，他們沉著冷靜、配合默契;技術答辯時，他們娓娓道來。最終，他們獲得了湖南省青少年機器人競賽一等獎的好成績。但是，這對小伙伴沒有驕傲自滿、停滯不前。嘗到了甜頭的他們將更大的熱情投入了機器人的神秘探索中，朝著機器人大師的方向努力，希望以后能設計出很多很多為人類服務的機器人。

（編輯 巧克力）