楊畔和學生們一起觀看機器人跳舞。
隨著音樂聲響起,一個只有手掌大小的機器人便開始跳起舞來,伴隨著節奏不斷地伸出左腳、右腳,在旁圍觀的人不自覺地發出贊嘆之聲。制作這款機器人的是武安市康城礦學校的一名教師,他叫楊畔。
楊畔今年36歲,2001年參加工作,最初教的是計算機課,后來擔任科學課老師。楊畔在大學時學習的是計算機專業,對計算機編程十分精通,尤其是他的動手能力特別強。“從2011年,我開始做一些小制作,比如光控小夜燈、電子色子、光立方、搖搖棒、輪式機器人等等簡單的東西,這個機器人是比較復雜的一個。”楊畔說。
為了完成這個機器人,楊畔在工作之余投入了很多的精力。“主要是前期準備工作做得多,我要不斷地琢磨、思考,在整體上有一個設計。”楊畔說,“真正動手做起來,只用了半個多月的時間就完成了。”
因為喜歡機器人,楊畔不斷地鉆研,除了通過各種技術類書籍學習理論知識外,他還在市場與網上和機器人愛好者們交流,經過無數次試驗,才最終完成了他的第一個機器人的研制。
據楊畔介紹,機器人的誕生,總共需要分三步。第一步是設計控制器,也就是制作機器人的大腦,這需要他用計算機C語言來完成編程。第二步是解決供電問題,普通的干電池無法達到足夠的電流,楊畔選擇了制作航空模型的鋰電池。第三步是選擇結構件,楊畔選擇了比較堅硬的亞克力材料,他把做好的設計圖發給廠家,最后再自己組裝好。
聽起來十分簡單,但整個過程包含了力學、電學、機械、電子、編程等方面的知識,需要不斷地試驗。比如,結構件的選擇上,楊畔最初用的是比較廉價的PVC管,但在測試中發現,這種材料的強度不夠,機器人走起路來顫顫巍巍。他只好放棄這種材質,尋找另一種更好的材質。
楊畔的機器人終于做出來了,用專業術語叫“四自由度步行機器人”,有多少自由度,就意味著有多少關節可動。“事實上,關于運動靈活性,人類大約擁有四百個左右的自由度。因此機器人的關節的選擇、自由度的配置對其結構有很大影響。自由度越少,結構越簡單,可實現功能越少,控制起來相對簡單;自由度越多,結構越復雜,可實現功能越多,控制過程相對復雜。”楊畔介紹說,“現在我正在升級這款機器人的控制器,打算后期做到10自由度,甚至16自由度,慢慢來吧。”
楊畔的機器人制作成本只有100多元。在楊畔看來,如果批量做的話,成本還可以再壓縮。楊畔有個想法,將來做得多了,可以把它們作為教具,用到課堂上。這一想法也得到了學校領導的支持。
“身教重于言傳,作為一名科學老師,楊畔的創新精神,對孩子們的影響很大。”康城礦學校的校長趙曉蕾說,“我們打算在學校成立一個‘創客空間’,以楊老師為主,由高年級同學組成一個科學小團隊,鼓勵他們自己動手完成一項小發明,以此來培養孩子們的科學探索精神。”
“我想利用今年暑假的時間,自己做一個3D打印機,這樣再制作機器人時,就可以用3D打印機直接打印出結構材料,既節省成本,還美觀。”楊畔又有了下一步的計劃。(記者溫潔 通訊員萬彩霞)