『高中活動』機器人舞蹈競賽 成果展

落實數位化創新教學：

這次的活動是由中央大學附屬中壢高中來示範，並且同時與中壢高商、平鎮高中合作，促進機器人方面的資訊交流。使用的機器人為中央大學機械系江士標教室開發的機器人，進行展出與比賽。

1. 活動名稱：落實數位化創新教學示範學校 成果展
2. 時間：2020年12月10日 9:00~12:00
3. 地點：桃園市中壢高商 游藝館
4. 主辦單位：教育部國民及學前教署
5. 示範學校：國立中央大學附屬中壢高中
6. 合作學校：桃園市立中壢商業高級中學、桃園市立平鎮高級中學
7. 協辦單位：中央大學機器人研究社、中央大學機械系機器視覺與運動控制實驗室、台灣自製衛星技術開發教育與推廣協會
8. 贊助廠商：羅鉢頭創也投資股份有限公司
9. 展出內容：機器人團體健康操、機器人近距離接觸樂、中央大學機器人社展示、機器人舞蹈競賽

機器人團體操：

機器人團體健康操介紹：

這次的成果展內容之ㄧ，機器人團體健康操，就是由我負責撰寫程式，並且與學校老師、中大機械系的博士生一起完成硬體的專案。

機器人團體健康操的目標，就是能夠同時啟動20隻機器人，並且讓20隻機器人能夠同時跳同一支舞蹈，有數大就是美的感覺！

以下我會分為「程式設計」、「硬體組裝修護」、「實際成果展」三大章節分享給各位讀者，讓大家能夠更理解一場機器人團體健康操的安排與準備，是如何從無到有規劃出來的。

機器人程式設計：

這次的目標是要一次控制20台機器人，等同於要有20隻不同的程式，因為每一隻機器人在組裝的時候都有誤差，必須靠程式撰寫去修正回來。

不過如果要硬拚出20隻程式，會花費太多時間，所以我與我們電腦老師想到一個辦法，就是利用「offset 偏差值」去寫程式，這樣只要寫好第一次，剩下的機器人只需要把校正數值（陣列）加上原本跳舞的程式，就可以完成20隻不同的程式，並且跳出相同的舞蹈，大幅縮短時間！

在下方我會簡單介紹「偏差值法」與平常寫法的差異，讓大家感受一下兩者之間的優點與缺點。

原本普通的寫法是指定機器人的馬達轉到一定的角度，所以數值就是從45開始網上加或是往下扣。不過使用偏差值寫法，就是把每個動作需要變更的角度寫出來，有可能是正的也可能是負的，接著利用迴圈把韓式全部加起來，就完成偏差值寫法。

所以偏差值寫法大部分適用於「需要一次控制大量機器人，或是需要把程式流傳給學弟妹等人的時候」，因為偏差值法只要在開始前校正完偏差，剩下的程式都可以順利運行。

硬體組裝修護：

在機器人團體操當中，撰寫好程式雖然是重要的一步，但如果沒有一隻好的機器人，那就沒辦成功操控。況且這次必須一次控制20隻機器人，所以硬體的修護是一大工程。

過去的我都是看著學長在修機器人，因為那些數量都是幾隻而已。不過在這次專案當中，必須讓20隻機器人都正常，所以我也跟著博士生一起學如何拆修機器人，必且測試出哪些硬體有問題，該如何更換等等。

再進行機器人修護時，最常遇到的兩種情況就是「伺服馬達齒輪壞掉」與「外接齒輪滑牙」。

首先，機器人是由16個伺服馬達組成出來的，任何機器人的動作都是操控16個伺服馬達的角度得出的結果，所以稱為16軸機器人。

「伺服器馬達齒輪壞掉」：這是指在伺服馬達內部，他的幾個連動齒輪之間出現不正確的連接，讓有幾個齒輪有可能會空轉等等，這樣就導致伺服馬達無法正常運作了。

「外接齒輪滑牙」：在伺服馬達的齒輪當中，又必須外接一個齒輪連動機器人的手臂，才能讓整個機器人真的動起來。不過當外接的齒輪被磨損時，就會造成伺服馬達帶不動機器人手臂（空轉），也是造成機器人不正常運作的其中一個原因。

實際成果展：

在經過一個禮拜不眠不休的努力後，我、老師、中大的博士生們終於完成了這個超級複雜的專案「機器人團體操」！

在展出的前一天我跟大家留在學校一直弄到晚上11點多才結束，只為了在表演當天能夠正常演出！

在展出當天的一早，我們先開著車到中大壢中把20隻機器人帶出來，帶到展演場地-中壢高商設置。

當我們成功的把機器人帶過去後，把電源連接處理好，並且把所有機器人機上電源線，打開開關。

在開幕式後便開始讓20隻機器人一起跳舞了，場面非常壯觀，吸引了超過百人圍過來看！許多人都在機器人旁與之合照，看了讓我非常感動，感覺一個禮拜的努力值得了！

機器人舞蹈競賽：

除了上面提到的機器人團體操之外，我個人也有參加「機器人舞蹈競賽」，由於機器人舞蹈競賽只需要控制一台機器人，所以我就只分享關於程式設計部分。

由於機器人舞蹈比賽講求的是動作難度，所以我必須盡可能把機器人的極限展現出來，我把之前暑假在中大機器人營所學，全部應用在這次機器人舞蹈比賽上。

大致上比較難的動作可以分為三個，「伏地挺身」、「地板動作」與「從趴著到站起」這三部分，在這底下我會為這三個動作做說明，並且分享我在撰寫程式的過程。

伏地挺身

要讓機器人做伏地挺身，必須先讓機器人倒下來，接著再讓機器人趴著，同時手撐著地板。

在確定完成這個動作後，開始用迴圈控制機器人的手打直、收回，這樣就有伏地挺身的動作了

另外，伏地挺身可以說是這三個難度高的動作當中，相較之下較為簡單的一個了。

地板動作

再讓機器人做完伏地挺身後，我們可以讓機器人完全躺平，面部朝下。

在確定平躺在地板後（面部朝下），只要把肩膀往前舉，就會讓後半的身體整個被撐起來，也就是地板動作中的倒立了！

在完成倒立後，可以配合許多雙腳的動作，讓機器人的地板動作更為豐富喔！

從趴著到站起

在伏地挺身、地板動作表演完後，最困難的一部分來了！也就是讓機器人從趴著回到站著的狀態。機器人要從趴著站起，不只是要把伺服馬達動作寫精確，更要去找機器人的重心，因為如果沒有去算好重心，機器人站起來就會馬上倒下的。

在一開始，必須先讓機器人復位，回復到躺平狀態（面部朝下），接著把雙手與雙腳張開，利用肩膀的伺服馬達，讓機器人能夠坐起來。

當機器人坐起來後，只要把機器人的雙腳合起來後，機器人就成功站起來了。不過機器人還需要透過雙手的前後擺，讓重心可以維持在雙腳那邊，不然機器人會倒下來，所以才說這的動作是全部當中最難做的。

心得反思

這次機器人成果展是我參加的第一次大企劃，也是第一次能夠與博士生一起製作專題，雖然花了許多時間，但是過程中我學習到許多重要的價值觀。

其中令我印象最深刻的，也是最想分享給大家的，是一段心態的轉變。我過去都是玩完性質而已，不曾當過主辦方，當我遇到問題，我會選擇不斷抱怨器材問題，而不是用心解決。

但當我今天成為主辦方，無論器材出了什麼問題，博士生們總是毫無抱怨的快速把機器修好，就算很累也不帶半句怨言。跟博士生們相處久了，也自然會被這種態度影響，所以我現在做專案，不再抱怨太多，而是想著如何才能把事情做好。

最後，我不但成功的與博士生設計出20台機器人舞蹈表演，更在舞蹈競賽當中拿下技術組第一名，讓我感覺收穫滿滿。