我來發(fā)明特輯·機器人總動員

提到機器人，你會想到什么？是最近特別出名的能夠戰(zhàn)勝世界頂尖圍棋選手的人工智能AlphaGo，還是已經(jīng)走進千家萬戶的掃地機器人？是動畫片《變形金剛》中的汽車人，還是電影《星球大戰(zhàn)》里那白白胖胖的 R2-D2？是被譽為“人工智能之父”的艾倫·圖靈，還是提出了“機器人學(xué)三定律”的艾薩克·阿西莫夫……無論是什么，相信每個人心中都有一個關(guān)于機器人的夢。下面就來看看我們的未來愛迪生們，他們是如何用智慧打造出一個屬于他們自己的機器人的。

木琴機器人

我們的機器人朋友不僅能夠識別樂曲簡譜，還能進行木琴演奏。為了讓它學(xué)會這兩項本領(lǐng)，我們可是下足了功夫。首先就是教它學(xué)會識譜。如圖1所示，利用計算機配置的攝像頭對簡譜進行視頻捕捉，通過程序截取視頻流中的圖像，獲得靜態(tài)圖像圖片，再將這些圖像數(shù)字化，從而轉(zhuǎn)換為機器人能夠理解的語言。然后就是給它打造一個身體，我們采用了3D打印的方法，設(shè)計圖如圖2所示。最后為了讓它學(xué)會演奏木琴，我們將計算機獲取的參數(shù)發(fā)送給單片機，由單片機發(fā)送相應(yīng)的驅(qū)動信號，控制步進電機轉(zhuǎn)動，進而帶動機械臂移動到木琴的相應(yīng)位置敲擊（圖3）。

盡管目前它的演奏還不夠流暢和完美，但相信通過我們的努力改進，它一定會成為一名優(yōu)秀的“木琴演奏家”！

華東師范大學(xué)第二附屬中學(xué)

蔡儲昊 陳祖浩

專家說：作為一個創(chuàng)客作品，具有比較完整的設(shè)計思路，適合于中學(xué)生的實踐操作。但是這款機器人實現(xiàn)的演奏效果可能并不會那么理想，因為它基本只能完成均勻間隔敲擊的簡單動作。

高智能“導(dǎo)盲犬”

眾所周知，培養(yǎng)一條導(dǎo)盲犬，不僅時間久，而且要耗費大量財力。所以，我們設(shè)計了一款智能電子“導(dǎo)盲犬”，希望能為廣大盲人朋友帶來便利。

我們的“導(dǎo)盲犬”如圖4所示，包括頭部、尾部、四肢甚至耳朵等。

“導(dǎo)盲犬”使用前輪驅(qū)動，后肢采用萬向輪結(jié)構(gòu)。它的前腹部靠前位置裝有轉(zhuǎn)頭電機，使頭頸能180度旋轉(zhuǎn)；頭部和腹部裝有超聲波傳感器，分別用于探測前方高大的物體和下方的臺階等；前胸還裝有保險杠，以免頭部超聲波傳感器探測不到小物體而使盲人被絆倒。與其配合工作的觸感傳感器在撞上物體后，會使“導(dǎo)盲犬”停止并后退，并重新選擇前進的路線。其尾部的陀螺儀起定位作用，確定前進的方向，防止繞遠路。實際演示效果如圖5所示。

上海市莘莊中學(xué)

趙雨辰 陳 洲 楊佳怡

專家說：作為中學(xué)生理解的導(dǎo)盲，這樣一個形象和功能的設(shè)計是非常有趣的。盡管它在實際應(yīng)用中的智能性還有待提高。雖然，設(shè)計本身既不是仿生設(shè)計，又不是目標(biāo)性針對設(shè)計，但是卻能作為今后深入和提高的基礎(chǔ)，其思路本身也值得借鑒！

能植樹的機器人

在退耕還林的現(xiàn)場，沙化一般都是十分嚴(yán)重的，灼熱的氣候、干燥的風(fēng)沙、艱苦的工作環(huán)境，無時無刻不在摧殘著工作人員的身心。所以我想到了發(fā)明這款能植樹的機器人（圖6）。

如圖7所示：植樹機器人底部為履帶設(shè)計，使其底盤非常平穩(wěn)，適合在沙地上行走；底盤前端設(shè)計了兩個能夠不斷旋轉(zhuǎn)的圓盤，用于清理和平整沙化的地面；底盤的上部安裝了一個多自由度的機械手臂，機械手臂的底座可以360度旋轉(zhuǎn)，機械臂前端則可以安裝具有不同功能的手臂來完成各項任務(wù)。

有了這款植樹機器人，工人就可以通過遠程遙控的形式進行植樹操作，不僅遠離了驕陽的炙烤，還能提高工作效率。

同濟大學(xué)附屬七一中學(xué) 謝東宸

指導(dǎo)老師 萬 華

專家說：作為一個中學(xué)生的創(chuàng)意作品，設(shè)計上具有不錯的完整性。但是對于機器人在沙漠上植樹而不是“插秧”考慮得不是那么深入。不過，我們有理由相信，以此為基礎(chǔ)，不斷進步，制造出真正的這種機器人是可以期望的！

蜻蜓機器人

蜻蜓被譽為昆蟲界中的飛行之王，它可以在空中做出各種高難度的飛行動作，隨心所欲地倒飛、側(cè)飛、垂直飛行、急停、懸停，隨意改變方向加速……

我設(shè)計出這樣一款蜻蜓機器人（圖8），它采用了四撲翼驅(qū)動原理。機器人主體采用3D打印完成，內(nèi)置芯片控制，能夠進行簡單的自主飛行。雖然目前還有許多問題需要解決，但相信一旦研制成功，它將在軍事、救援等領(lǐng)域一展身手。

同濟大學(xué)第一附屬中學(xué) 秦民川

專家說：我們不妨僅從中學(xué)生玩機器人的角度來看待這一作品，它一定是今后實際設(shè)計和完成創(chuàng)新的基礎(chǔ)性過程產(chǎn)物。有了這樣的四撲翼，就會有今后的改進和完善。更關(guān)鍵的，這已從結(jié)構(gòu)化設(shè)計的角度“完成”了一只“不那么像”的蜻蜓。

家用多功能機器人

我們設(shè)計的這款機器人很像平時玩的遙控車，可通過遙控器控制機器人工作。如圖9、圖10所示：抓手設(shè)置在掃地機構(gòu)的上面，機器人身體下方設(shè)計了一個收集垃圾的裝置；而前面有一個攝像頭，可以實時地看機器人行走到哪里，并且可以查找角落里遺失的東西；中間的主控器上面有溫度感應(yīng)器，當(dāng)室內(nèi)較熱或者較冷時，機器人會自動打開空調(diào)。

上海市延安初級中學(xué)

萬暄妍 萬暄晟 劉哲宇

專家說：較為完整的系統(tǒng)架構(gòu)，且基本能夠演示，對于初中生而言已經(jīng)很值得肯定。但是，可能受到多功能達成的限制，未能好好地完成每一個功能，倒像是極為簡單的疊加，后期還需要不斷的完善、改進。

拋投式搜救機器人

我設(shè)計的這款機器人，就像一名英勇的戰(zhàn)士，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時，可以通過投擲的方式將其放入高溫、有毒、情況不明的火災(zāi)現(xiàn)場，完成探測和搜救任務(wù)。

如圖11、圖12所示，它擁有一個橢圓形的外殼，內(nèi)部為一個搭載多種儀器的小車。堅固的外殼能有效保護內(nèi)部的小車，使其在拋投和落地的過程中不受任何損壞。外殼設(shè)計借鑒了不倒翁的原理，它上面尖、下面鈍，且重心位于小車底部，機器人被拋投出去落地時，小車總是三個輪子著地，處于可行走狀態(tài)。

外殼觸地后，前蓋自動打開，內(nèi)部儀器開始工作。內(nèi)部小車載有多種環(huán)境傳感器，可以探測出現(xiàn)場的溫度、易燃有毒氣體含量、著火點等，探測結(jié)果可通過無線方式傳給上位機。另外，車上還備有人體紅外傳感器，當(dāng)探測到生存人員，可將報警信息傳輸?shù)缴衔粰C。小車設(shè)計了遙控和自主兩種行走模式，并可以在上位機的控制下隨時切換。在自主模式下，小車通過車載的超聲波探測器和紅外探測器，自主避障行走。

上海市上海中學(xué) 孔祥煜

專家說：設(shè)計思路從邏輯上講是可行的，借用不倒翁的原理也是中學(xué)生挺有創(chuàng)造性的想法。但設(shè)計過于理想化！這是中學(xué)生對于實際完成這些任務(wù)所要克服的困難不夠了解所致。單就以中學(xué)生能夠找到的元部件等，做出這樣的結(jié)果，應(yīng)該表揚！