我来发明特辑·机器人总动员

提到机器人，你会想到什么？是最近特别出名的能够战胜世界顶尖围棋选手的人工智能AlphaGo，还是已经走进千家万户的扫地机器人？是动画片《变形金刚》中的汽车人，还是电影《星球大战》里那白白胖胖的 R2-D2？是被誉为“人工智能之父”的艾伦·图灵，还是提出了“机器人学三定律”的艾萨克·阿西莫夫……无论是什么，相信每个人心中都有一个关于机器人的梦。下面就来看看我们的未来爱迪生们，他们是如何用智慧打造出一个属于他们自己的机器人的。

木琴机器人

我们的机器人朋友不仅能够识别乐曲简谱，还能进行木琴演奏。为了让它学会这两项本领，我们可是下足了功夫。首先就是教它学会识谱。如图1所示，利用计算机配置的摄像头对简谱进行视频捕捉，通过程序截取视频流中的图像，获得静态图像图片，再将这些图像数字化，从而转换为机器人能够理解的语言。然后就是给它打造一个身体，我们采用了3D打印的方法，设计图如图2所示。最后为了让它学会演奏木琴，我们将计算机获取的参数发送给单片机，由单片机发送相应的驱动信号，控制步进电机转动，进而带动机械臂移动到木琴的相应位置敲击（图3）。

尽管目前它的演奏还不够流畅和完美，但相信通过我们的努力改进，它一定会成为一名优秀的“木琴演奏家”！

华东师范大学第二附属中学

蔡储昊 陈祖浩

专家说：作为一个创客作品，具有比较完整的设计思路，适合于中学生的实践操作。但是这款机器人实现的演奏效果可能并不会那么理想，因为它基本只能完成均匀间隔敲击的简单动作。

高智能“导盲犬”

众所周知，培养一条导盲犬，不仅时间久，而且要耗费大量财力。所以，我们设计了一款智能电子“导盲犬”，希望能为广大盲人朋友带来便利。

我们的“导盲犬”如图4所示，包括头部、尾部、四肢甚至耳朵等。

“导盲犬”使用前轮驱动，后肢采用万向轮结构。它的前腹部靠前位置装有转头电机，使头颈能180度旋转；头部和腹部装有超声波传感器，分别用于探测前方高大的物体和下方的台阶等；前胸还装有保险杠，以免头部超声波传感器探测不到小物体而使盲人被绊倒。与其配合工作的触感传感器在撞上物体后，会使“导盲犬”停止并后退，并重新选择前进的路线。其尾部的陀螺仪起定位作用，确定前进的方向，防止绕远路。实际演示效果如图5所示。

上海市莘庄中学

赵雨辰 陈 洲 杨佳怡

专家说：作为中学生理解的导盲，这样一个形象和功能的设计是非常有趣的。尽管它在实际应用中的智能性还有待提高。虽然，设计本身既不是仿生设计，又不是目标性针对设计，但是却能作为今后深入和提高的基础，其思路本身也值得借鉴！

能植树的机器人

在退耕还林的现场，沙化一般都是十分严重的，灼热的气候、干燥的风沙、艰苦的工作环境，无时无刻不在摧残着工作人员的身心。所以我想到了发明这款能植树的机器人（图6）。

如图7所示：植树机器人底部为履带设计，使其底盘非常平稳，适合在沙地上行走；底盘前端设计了两个能够不断旋转的圆盘，用于清理和平整沙化的地面；底盘的上部安装了一个多自由度的机械手臂，机械手臂的底座可以360度旋转，机械臂前端则可以安装具有不同功能的手臂来完成各项任务。

有了这款植树机器人，工人就可以通过远程遥控的形式进行植树操作，不仅远离了骄阳的炙烤，还能提高工作效率。

同济大学附属七一中学 谢东宸

指导老师 万 华

专家说：作为一个中学生的创意作品，设计上具有不错的完整性。但是对于机器人在沙漠上植树而不是“插秧”考虑得不是那么深入。不过，我们有理由相信，以此为基础，不断进步，制造出真正的这种机器人是可以期望的！

蜻蜓机器人

蜻蜓被誉为昆虫界中的飞行之王，它可以在空中做出各种高难度的飞行动作，随心所欲地倒飞、侧飞、垂直飞行、急停、悬停，随意改变方向加速……

我设计出这样一款蜻蜓机器人（图8），它采用了四扑翼驱动原理。机器人主体采用3D打印完成，内置芯片控制，能够进行简单的自主飞行。虽然目前还有许多问题需要解决，但相信一旦研制成功，它将在军事、救援等领域一展身手。

同济大学第一附属中学 秦民川

专家说：我们不妨仅从中学生玩机器人的角度来看待这一作品，它一定是今后实际设计和完成创新的基础性过程产物。有了这样的四扑翼，就会有今后的改进和完善。更关键的，这已从结构化设计的角度“完成”了一只“不那么像”的蜻蜓。

家用多功能机器人

我们设计的这款机器人很像平时玩的遥控车，可通过遥控器控制机器人工作。如图9、图10所示：抓手设置在扫地机构的上面，机器人身体下方设计了一个收集垃圾的装置；而前面有一个摄像头，可以实时地看机器人行走到哪里，并且可以查找角落里遗失的东西；中间的主控器上面有温度感应器，当室内较热或者较冷时，机器人会自动打开空调。

上海市延安初级中学

万暄妍 万暄晟 刘哲宇

专家说：较为完整的系统架构，且基本能够演示，对于初中生而言已经很值得肯定。但是，可能受到多功能达成的限制，未能好好地完成每一个功能，倒像是极为简单的叠加，后期还需要不断的完善、改进。

抛投式搜救机器人

我设计的这款机器人，就像一名英勇的战士，当发生火灾时，可以通过投掷的方式将其放入高温、有毒、情况不明的火灾现场，完成探测和搜救任务。

如图11、图12所示，它拥有一个椭圆形的外壳，内部为一个搭载多种仪器的小车。坚固的外壳能有效保护内部的小车，使其在抛投和落地的过程中不受任何损坏。外壳设计借鉴了不倒翁的原理，它上面尖、下面钝，且重心位于小车底部，机器人被抛投出去落地时，小车总是三个轮子着地，处于可行走状态。

外壳触地后，前盖自动打开，内部仪器开始工作。内部小车载有多种环境传感器，可以探测出现场的温度、易燃有毒气体含量、着火点等，探测结果可通过无线方式传给上位机。另外，车上还备有人体红外传感器，当探测到生存人员，可将报警信息传输到上位机。小车设计了遥控和自主两种行走模式，并可以在上位机的控制下随时切换。在自主模式下，小车通过车载的超声波探测器和红外探测器，自主避障行走。

上海市上海中学 孔祥煜

专家说：设计思路从逻辑上讲是可行的，借用不倒翁的原理也是中学生挺有创造性的想法。但设计过于理想化！这是中学生对于实际完成这些任务所要克服的困难不够了解所致。单就以中学生能够找到的元部件等，做出这样的结果，应该表扬！