与机器人为伴，快乐成长

刘俊佳

葛家威和李和谐是一对好伙伴，一踏入黄土岭小学就被刘老师的机器人社团深深地吸引住了——一个一个小小的零件组装在一起竟然有意想不到的力量，能收放自如，并能在规定时间内完成各种任务。怀着强烈的好奇心，这对好伙伴开启了他们神奇的机器人之旅。

机器人好玩，但是要玩好并没有那么简单。玩好机器人不仅要熟悉各个零件的作用以及拼搭技巧，还要学会编程，让机器人“听话”地动起来。在每一次机器人社团课上，刘老师总是告诉大家：“只有想不到的，没有做不到的，只要你敢想，机器人就会带给你惊喜。”经过三年的训练，这对好伙伴由最开始的不知所措慢慢变得淡定从容，手里的机器人也由开始的“横冲直撞”变得“言听计从”。而这一切，刘老师都看在了眼里，是时候给这对勤奋而有悟性的小伙伴更大的挑战了——参加FLL机器人工程挑战赛。

FLL机器人工程挑战赛分为现场竞技、技术问辩、课题研究、团队合作四个方面。该挑战赛每年设置一个主题，围绕主题设计十余项任务，由机器人在固定场地内完成，同时要求参赛团队结合生活对这个主题开展课题研究，最后在技术问辩时进行课题介绍和展示团队风采，这是对参赛队员的一次综合、全面的考察。2018年FLL机器人工程挑战赛的主题是“饮水思源”，旨在引导学生了解人类为满足特定需要或愿望而寻找、运输、使用和处理水资源的方法，并学习保护水资源的相关知识。这对好伙伴接到挑战任务后，便开始忙碌起来。

挡在他们面前的第一道关卡就是如何做好保护水资源的课题研究，作为课题研究“小白”的葛家威和李和谐不知从何下手，于是他俩带着疑惑，找到了刘老师。刘老师给他俩出了个主意：“去污水处理厂看看，找找灵感。”听了刘老师的建议，这对好伙伴茅塞顿开，相约走访了长沙市岳麓区污水处理厂，了解了污水处理的过程，也于工作人员处得知由于城市的快速发展，岳麓区污水处理厂已满负荷运行。随后，他们设计了调查问卷，对黄土岭小学四年级的师生进行了问卷调查。他们发现污染、浪费水资源的现象仍比较普遍，并在水资源的循环利用和治理保护方面就个人层面和政府层面给出建议，完成了課题研究报告。

紧接着，葛家威和李和谐认真学习了“饮水思源”的场地挑战任务，分步骤有序地搭建机器人车体，组装机械臂。

第一步，挑选驱动电机。刘老师说过，要想机器人稳定发挥，驱动电机的选择至关重要。因此，这对小伙伴搭建机器人车体的第一步便是挑选驱动电机。在刘老师的引导下，通过听电机转动的声音和实地调试，他们挑选出了两个转动快慢极其接近的驱动电机。

第二步，搭建机器人车体。通过上网观看国内外一些FLL机器人挑战赛的视频，葛家威和李和谐发现目前比较流行的机器人搭建策略是车体和机械臂分离，这就是说车体主要作为驱动和定位装置，尽可能少地作为完成任务的策略物。完成任务的策略物完全独立于车体，这样搭建的车体简单但很结实、很灵活，换机械臂也更为方便。于是，根据场地要求，他们利用平时所学的互锁结构，选择了用于精准定位的光电传感器和方便操作的触碰传感器，设计了简单小巧而又结实的车体。

第三步，规划任务运行路线。搭建好车体之后，更大的难题接踵而至，FLL比赛的场地挑战任务这么多，能一次完成吗？不能一次完成的话，要怎么合理地规划任务运行路线呢？这对小伙伴百思不得其解，于是向刘老师求助。刘老师指出：“所有的场地挑战任务很难一次完成，我们必须合理地规划任务运行路线。在规划任务运行路线时须注意几点：一、机器人能走直线就走直线，尽可能少转弯（转弯带来的偶然误差要比走直线的误差大）;二、机器人出去一趟，一般完成3～5个任务为宜，如果任务过多，会增加机械臂设计和编程的难度，一旦失误会对比赛的结果造成严重的影响;三、在设计任务运行路线时尽可能让每条路线互不干扰，这样一来即使第一次任务完不成也不至于影响后面的几次任务;四、由于时间限制，任务运行路线一般不宜超过五条。”听完之后，他俩根据刘老师的建议设计了五条互不干扰的路线来完成场地挑战任务。

第四步，设计机械臂。这对小伙伴设计好任务运行路线后，就着手设计机械臂。葛家威和李和谐花了很长时间，拼了又拆，拆了又拼，反反复复地进行测试、改进，终于利用坚固的互锁结构设计出了各条路线上模块化、可更换的机械臂。可是，正当他们沉浸在成功的喜悦中时，问题来了：为什么机械臂装到车体上要么不稳，要么会卡住呢？为什么机械臂一个任务一个任务地完成比较稳定，但是在一条运行线路上完成多个任务的时候会相互干扰，从而影响成功率呢？刘老师适时出现了，他说：“家威、和谐，你们仔细检查一下机械臂，看设计够简约吗？有没有无意义的单位出现？”这对小伙伴一检查，发现机械臂上有一条梁多出了一个单位，不仔细看还真发现不了，但就是多出的这一个单位坏了事儿，怪不得老是卡住。这对小伙伴将梁换小一个单位，问题迎刃而解。刘老师笑道：“能够细心地发现问题并想出解决办法，很棒！你们再看看，机器人行走的路程能不能更短？能不能让机器人不移动就完成多个任务？”家威想了想，说道：“我们是不是能把机器人停到一个合适的位置，让它把周围的任务一起完成了呢？” 刘老师鼓励道：“很聪明，一点就通，你们再根据自己的想法试试！”这对小伙伴有商有量，拆拆拼拼，还真把他们的设想实现了。

机器人车体搭好了，机械臂也已设计完成了，怎样才能让它们好好合作，听话地动起来，按照既定路线去完成相应的任务呢？这就必须给机器人编写有效的指令才行。简单的指令完成一个任务还行，完成一条路线上的多个任务成功率就低很多。这对小伙伴犯愁了，他们又一次向刘老师求助。刘老师说：“在程序设计方面应尽量采用简单的程序模块，运用多种矫正方式来矫正机器人的行进路线，如尽可能利用场地模型、靠墙定位等让机器人更加稳定地完成任务。”这对小伙伴对机械臂进行了微调，并在刘老师的帮助下对程序进行了再设计，经过多次调试，机器人越来越听话了，越来越稳定了。

这对小伙伴急着想证明自己，比赛终于在他们的期盼中如约而至。比赛前测试场地时，他们根据场地情况调试机器人、修改指令;比赛时，他们沉着冷静、配合默契;技术答辩时，他们娓娓道来。最终，他们获得了湖南省青少年机器人竞赛一等奖的好成绩。但是，这对小伙伴没有骄傲自满、停滞不前。尝到了甜头的他们将更大的热情投入了机器人的神秘探索中，朝着机器人大师的方向努力，希望以后能设计出很多很多为人类服务的机器人。

（编辑 巧克力）