首頁活動心得『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。

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