晋级决赛!高淳高级中学两队学生自行设计、制作机器人

现在让我们一起来回顾此次参赛的准备过程和精彩瞬间！

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淳畅一队准备过程

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淳畅二队准备过程

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淳畅一队完整演示视频

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淳畅二队完整演示视频

淳畅一队

淳畅一队的队员们投入了大量精力研究与改进乐器方案，最终选择了第三版方案：控制开关使小钢珠顺导轨下落撞击不同规格铁片发出声音。

接着，我们开始了最具技术含量的的乐器开关制作，最终选择第三版方案，提拉开关盒可自载铁球、提放自如、出球容错性高，互相独立不干扰。

此外，开关盒内导轨的制作，除杂音海绵板、隔球板的布置，开关拉手形状的扩大与固定，都为乐器的顺利演奏起到了不可忽视的作用。

学生在教师的指导下学习了木工工具的使用方法以及木工制品加工的方法，然后选择合适的木工工具对木工制品进行加工，完成乐器的结构搭建和初步制作。

完成乐器初步搭建后，学生进行乐器的美化工作。学生在装饰乐器过程中学习了木工、3D打印、激光雕刻技术，以及其他手工制作技巧（如：布艺、编织、折纸等），借助这些技术和方法美化乐器。

乐器美化方案：
　　（1）乐器上方：使用草粉、颜料等制作一带一路沿线地图，并放置沿线国家的代表性建筑（中国大雁塔、希腊帕特农神庙、中亚蓝瓷穹顶、埃及胡夫金字塔、耶路撒冷圆顶清真寺、印度泰姬陵），体现一带一路涉及地域之广；
　　（2）乐器主体：使用颜料绘制大海，并用船只等物品点缀，代表海上丝绸之路（“21世纪海上丝绸之路”），与乐器上方的陆上丝绸之路（“丝绸之路经济带”）构成了一带一路；3、乐器侧面：使用茉莉花装饰，与乐手装饰呼应，并用古代船只、现今货轮装饰，体现一带一路从古至今的发展。

淳畅二队

淳畅二队的队员们讨论并制定了乐器的两种方案，最终选择方案二，以下为两种乐器方案的简稿：

方案一：
　　乐器主题设计：采用俄罗斯红场外观为背景
　　演奏方法：采用吸管或木制（材料待实验）制作成管状，由机器人吹奏发声
　　气源问题：初步决定使用增氧泵改装后产生稳定气流实现吹奏。
　　乐器设计问题：将乐器设计为场景的一部分，用长短不一的细管排列出曲目的旋律，并由机器人按顺序吹奏。

方案二：
　　乐器主题设计：采用俄罗斯红场外观为背景
　　演奏方法：我们结合了古斯里琴的共鸣箱和轮式里拉琴的琴键，制作出第一版乐器。随后的研究和实验中，我们发现该方案较难实现，于是我们再借鉴了扬琴的原理，用按压琴键拨动琴弦的方式改为直接用机械臂敲击琴弦发声。

学生在教师的指导下学习了木工工具的使用方法以及木工制品加工的方法，然后选择合适的木工工具对木工制品进行加工，完成乐器的结构搭建和初步制作。

完成乐器初步搭建后，学生进行乐器的美化工作。学生在装饰乐器过程中学习了3D打印、激光雕刻技术，以及其他手工制作技巧（如：布艺、编织、折纸等），借助这些技术和方法美化乐器。

淳畅一队

根据制作要求，我们对乐手的尺寸、结构、机械臂布局等进行了商讨并制定了方案，指导教师根据机器人搭建所需的配件采购设备。
　　（1）巡线部分：由底座、车轮、RGB巡线传感器组成，通过编程实现自主巡线找到乐器；
　　（2）演奏部分：搭建6个机械臂分别对应乐器上的6个木盒，编程实现机械臂自主提拉木盒。
　　为追求稳定，我们多次改动支架的螺丝固定；为触到开关，我们前后合并两根铁条；针对铁条易断裂的问题，我们又将一铁条并排以达到加粗效果；针对铁条旋转时过陡，我们为其添加了上弯的“手指”。

机器人搭建完成后，开始进行乐手外形的设计和制作，乐手的装饰要保证美观的同时符合设定的主题——“丝路茉莉”，与我们选择的乐曲——茉莉花相呼应。

机器人车身用茉莉花装饰，制作亚、欧、非三洲人偶，并肩站在茉莉花装饰的花车上，象征着一带一路沿线人民之间的团结友谊。

淳畅二队

根据制作要求，我们对乐手的尺寸、结构、机械臂布局等进行了商讨并制定了方案，指导教师根据机器人搭建所需的配件采购设备。

完成乐手（机器人）的设计方案后，组织学生开始进行机器人的搭建，搭建过程中发现原设计方案中设计不合理的地方，进行修改完善，就比如：原方案设计中靠直流电机不能实现精确拨弦，于是改为使用小型舵机；原方案设计中拨弦对于僵硬的机械臂来说是一个较难实现的操作，于是我们发现可以在机器臂上安装拨片来模拟人手的效果。在搭建过程中对出现的各种问题一一解决，并不断调整组装方法，确保搭建的机器人结构稳固合理。

机器人搭建完成后，开始进行乐手外形的设计和制作，乐手的装饰要保证美观的同时符合设定的主题，即与我们设计制作的乐器以及选择的乐曲《喀秋莎》相呼应。乐手装饰经历以下过程：
　　（1）确定乐手的原型：俄罗斯套娃
　　（2）搜索乐手原型图片：学生从网络上搜集各种俄罗斯套娃照片，使用3D打印技术打印出轮廓，再进行上色绘画。

　　（3）装饰乐手：将制作好的人物装饰到机器人上，并在机器人上做其他装饰，使机器人外观看起来美观。

根据大赛要求，乐手（机器人）要求从指定地点出发，自主巡线寻找乐器。出发点位置、经过区域、区域内巡线路线样式由现场抽签决定。根据要求，结合场地图，我们分析出32种情况：从“出发区1”出发、“出发区2”出发各有16种情况，也就是16种场地图，32种情况。

分析出巡线的所有的情况后，指导教师就第一种情况指导学生分析机器人行走的路线，带领学生编写巡线程序。通过第一个情况的编写，让学生掌握程序编写的方法。其余31种情况放手让学生进行程序编写，教师只进行适当指导。

编写好程序后，教师指导学生进行程序测试，测试过程中出现机器人转弯速度过快、路口巡线错误等问题，再一一分析原因并进行调试。在编程与调试过程中，教师指导学生归纳分析32种情况如何简化、程序的编写如何优化，让学生不仅仅完成巡线任务，而且能够不断提升程序优化的能力。

演奏程序

乐曲的选择方面，淳畅一队考虑到所选乐曲既要符合中国古典音乐的要求，又要耳熟能详，所以共同商定后敲定《茉莉花》，这首乐曲具有我国鲜明的民族特色又能与西方的审美习惯相适应，体现了我国与他国之间友好的文化交流。

淳畅二队选用了俄罗斯乐曲《喀秋莎》，为了挑战更高的难度以及表现出最好的音乐效果，队员们选择了拨弦的方案，并参考吉他的设计制造了“共鸣箱”，以此提高声音的响度和音准。

编写好乐曲之后，教师指导学生将乐曲进行“翻译”，转换成程序语言。教师带领学生编写第一小节乐曲。通过第一小节乐曲的编程，让学生掌握演奏程序编写的方法。其余小节让放手让学生进行程序编写，教师只进行适当指导。

编写好乐曲程序，教师指导学生进行演奏测试，并针对测试过程中出现的问题一一分析原因并进行调试。在编程与调试过程中，教师指导学生归纳总结控制力度和速度的恰当值范围、以及音乐节拍控制的合理值范围，让学生不仅仅完成演奏完整旋律的任务，而且能够让演奏的旋律节奏恰当、婉转动听。

本次活动让我们收获满满！学生们在活动中深入了解了“一带一路”，学会了运用科学（Science），技术（Technology），工程（Engineering），艺术（Arts），数学（Mathematics）等多学科的知识去解决真实情境中的问题，体会到团队协作的重要性，还培养了勇于探索、勤于实践、敢于创新的精神！

“和鸣3.0”已圆满落幕，但我们在科技创新教育工作的路上将继续前行！让我们相约“和鸣4.0”，期待在新一轮的精彩角逐中继续共同成长！