我校的智能机器人教学、竞赛活动是从2005年9月开始,尽管时间不长,参加兴趣小组的学生先后获得2005年浙江省第三届中小学生智能机器人大赛初中组足球项目组一等奖、常规项目组二等奖,2006年浙江省第七届机器人大赛中足球项目组三等奖。
智能机器人技术综合了电子技术、传感器技术、机械传动、电机技术和微电脑技术等多学科的技术。对于学生参与智能机器人实践活动,我认为主要包括两方面的内容:硬件系统的组装调试和软件系统程序的编写调试。硬件调试又包括电子线路的改修、传感器的调修、马达的改进、机械接件的搭接与改修等,包含电工、金工、木工等多项技术。软件调试是在图形化模块化的界面上进行的,主要包括根据现场环境情况对传感器参数变量修定、反应时间变量设定等等。对于程序,主要是能产生好的思路想法,而编程设计水平不用很高,主要是三种基本结构(顺序、分支、循环)的应用和过程模块的调用,学过Pascal语言的同学很快能适应这种C语言为基础的界面。我学的是机电专业,对机械电子方面的知识略有把握,深造的又是计算机应用专业,所以对智能机器人的实践活动还是学有所用的。而学生参加机器人竞赛和信息学竞赛在应用上能互相促进,提高更快。
一、克服畏难情绪,在实践中提高指导水平
教育用智能机器人是个全新的领域,设计和操控智能机器人,教师一般都没有实践经验,因此,带领学生开展机器人活动,对教师来说也是一种挑战。通过实践,我体会到指导学生开展机器人活动,教师不必有太多的畏难情绪。事实上,现在市场上的机器人普遍都有图形化的编程环境,机器人编程入门已经比较简单了,尤其是大部分机器人器材都可以使用C语言来编程,另一方面,利用给机器人编程的机会,我们可以学到一些编程思想,提高自己的水平。
二、合理使用有限经费,作好硬件准备
硬件准备是指机器人活动场所的布置、活动设备的配置和机器人采购等。
机器人活动的场所要安装遮光窗帘,使用日光灯、节能灯等冷光源照明,因为自然光(主要是红外光)会对机器人的传感器产生干扰。为了给机器人编程,需要配备电脑。我们把活动场所安排在计算机机房隔壁,虽然程序编写调试和组装运行测试在两不同地方,麻烦但也能够解决问题。由于机器人竞赛需要进行现场调试,所以应准备笔记本电脑用于现场操作,以前我们是向兄弟学校老师借用的,现在学校人手一台笔记本电脑,调试已不成问题了。
机器人器材的选购是相当重要的。不同品种的机器人器材,质量、价格相差很大,能完成的比赛项目不尽相同,器材使用的方便、能的可靠也不一样。因此,在第一次购买时,要多询问兄弟学校和相关的主管部门。乐高机器人质量好但价格也高;纳英特机器人结实价格低但不可拆且功能少;中鸣机器人采用积木式组件,价比适中,开放、交互和可扩展较强,被全国各地包括浙江省大部分中小学所选用,但塑料积件的强度有待提高。我们也选择中鸣的机器人。事实上,没有最好的机器人,只有最合适的机器人。
产品
生产/经销商
网络链接
能力风暴机器人
上海广茂达
http://www.grandar.cn/
乐高机器人
西觅亚科技
http://www.semia.com/
诺宝机器人
深圳诺博特智能科技
http://www.roboto.com.cn/
紫光机器人
南京紫光科教
http://www.robot-edu.com/
通用机器人
北京通用依耐特
http://www.tyenet.com.cn/
慧鱼机器人
慧鱼中国
http://www.fischertechnik.com.cn/
中鸣机器人
中鸣数码科技
http://www.robotplayer.com/
纳英特机器人
杭州纳英特电脑电子工程
http://www.robotedu.com/
未来之星机器人
上海积成电子系统
http://www.futurestar.com.cn/
研究版机器人
上海英集斯自动化技术
www.ingenious.cn/chanpin.asp
三、对选手的要求
机器人竞赛不只是参赛者智力的较量,更是对选手的动手能力、体力、耐力等各种素质的挑战,所以挑选培养对象时要十分注重学生的全面素质,特别是心理素质要比较稳定。选手的学习成绩不一定要冒尖、但脑子一定求灵活、手脚一定有功力。学校开展的信息学竞赛组的学生已属于年级中智力水平较高者,机器人竞赛的选手又都是信息学竞赛小组中的佼佼者,对程序设计及问题处理比较有把握,只是对机械硬件问题的处置要强化训练。
四、对开展机器人活动的几点思考
1.坚持以学生为中心
让学生学习操作机器人、参加竞赛,只是一种手段,目的是为了发展学生的各方面能力,而能力的发展离不开活动中学生的亲自动手和积极思考。竞赛的目的一方面是为了出成绩,另一方面也是为了以点带面,面向全体学生进行机器人的普及教育。同时,机器人比赛是学生的比赛,学生只有亲手去设计制作,才会完全了解它的特,调试时如鱼得水,出现故障时也能很快找到原因。因此,机器人兴趣小组必须采用以学生为中心的活动方式,无论是机器人搭建、程序设计、机器人调试,都以学生为主,教师只能辅以适当指导。实际上,在各级各类的竞赛中,教师是不能进入竞赛场地的,所有问题对策全凭学生自己处置。
2.团体协作,相互交流
我常常强调,每个兴趣小组是一个整体,不是一个人的战斗,需组内每个同学合力,以此促使大家相互交流和帮助。在活动中,我的做法是让两三个学生组成一个小组,使用一个机器人,迫使学生养成协作的习惯。比如二对二足球项目,———一人做进攻机器人,一人做防守机器人。要是两个机器人都做得不错,但配合不行,那么比赛注定失败。机器人在场上的良好配合折射出两个同学在场下的配合默契,因此两个人必须密切地交流磨合。有时,尽管只有两三个同学参加比赛,没有比赛任务的同学一样会来参加他们的赛前训练,给参赛的同学提建议、出点子。
3.用好网络,事半功倍
网络是我校智能机器人科技活动小组必不可少的学习工具,我们通过网络获取专家的指导、学习相关知识并了解最新的智能机器人信息等。
4.分解项目,循序渐进
任何一个机器人项目对学生来说都绝对是一个挑战,不要期望学生很快完成所有的任务,先易后难。如机器人灭火项目,程序有多个小模块,首先要把这个项目分解成左手走、右手走、趋光、灭火等近10个小任务,依次引导学生独立完成。在此基础上,让学生逐步尝试单一的1号房灭火、1号和2号房灭火,直到学生能完整达到竞赛要求。学生在逐步增加难度的灭火过程中,一步步地编写出完整的灭火程序,熟悉机器人灭火的过程和细节。剩下要做的事就是不断改进、调试机器人和程序参数。
5.关于教育机器人的相关标准问题
目前教育机器人产品繁杂、质量差异甚大,各个产商的产品自成体系,互不兼容,缺少教育机器人的相关标准,另一方面,适应于不同学段的能价格比高的教育机器人产品却很少,在一定程度上影响了教育机器人的健康应用与发展。所以有必要组织、研制一系列相关的标准(或规范),用于指导教育机器人产品的开发和学校开展机器人教育活动的实践。
6.程序是灵魂,硬件很头痛
程序是智能机器人的灵魂,但魂不附体就会很麻烦。
对于我们选用的中鸣数码机器人而言,由于是塑料积木式的,强度比不了杭州纳英特,最大的问题是传感器精度和灵敏度不高,像黑标模块、火焰模块、指南针模块等等,其获取的数值往往不能即时真实反映现场的数据,未能按设计思想要求,有思想没行动。今年推出的几款中鸣新型号无论从马达功率及速度、传感器精度、结构强度、芯片位数都有提升。当然中鸣最大的优点是灵活和价格适中
7.充分准备,及时总结
机器人竞赛的偶然很大,遇到的问题往往出人意料。在参加竞赛时,要带好修理机器人的工具、配件。在2006年6月在义乌市参加浙江省第七届机器人大赛中,我们足球进攻机器人带了二个,由于是强对抗项目,正式的队员上有自制加强盔甲外壳,作了充分保护,而替补的没作外壳处理。比赛过程中,正式队员一个接口发生问题而动弹不得,替补队员作了很大的作用,它灵活反应快。当时正值2006世界杯足球赛硝烟散去,教练们在多媒体教室看学生们的竞赛直播,都对我们队的进攻队员有如此的反应速度叫好,正像世界杯上捷克队与德国队之战——技术型与力量型的较量,虽轮毂断了7次,但能及时更换修复,结果是5:6输,但无愧,赛后许多学校都想要这个程序。当时如果没预案没备件,就枉走义乌一趟了。2006年11月份的省科协主办的第四届机器人竞赛,也有许多学校由于不同原因,在竞赛前发生各种问题,由于没备用机器人或配件,还没开始竞赛就遗憾退出了。
竞赛结束后,无论是参赛的学生还是指导教师,无论成功还是失败,每人都要对竞赛过程进行反思,及时总结经验和不足,写好一篇有一定技术含量的竞赛总结。学生的竞赛总结不仅有利于提高学生的技术,还有利于培养他们良好的心理素质,使他们学会正确面对成功和失败,养成勇于拼搏、不断进取的精神。同时,没有参加竞赛的同学也可从总结中体会到竞赛的气氛和压力。