时间：2022-01-30 22:10:47
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇机器人实验室，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
智能机器人作为一个最为典型的工程系统对象，涵盖了机械、电气、信息、通讯、控制、系统等所有现代工程专业的内容，因此机器人作为一个典型的系统对象，是所有创新工程专业教育改革的理想载体，可以贯穿工程训练、专业基础教育和专业创新教育的全过程，是教学实验和研究的最理想的平台。智能机器人实验室是一个涉及多学科，测、控充分结合的实验室，集各种传感与执行机构于一体，又是一个测控一体化的综合实验对象。
首都师范大学智能机器人实验室是专门服务于智能科学与技术专业本科教学和实践的系统平台，是高年级智能机器人、模式识别等专业课程的实践创新基地。经过近10年的建设发展，我们在实验室建设、实验体系研究、目标定位等方面积累了一定的经验。
1 实验室建设定位和配置
智能机器人与模式识别是智能科学与技术专业的特色，其中，智能机器人重点培养学生在智能机器人设计与开发、智能机器人传感器技术、智能控制、多传感器信息采集与融合等方面的实际应用能力；模式识别是基于信号处理、人工智能、计算机等技术，用机器代替人去识别和辨识客观事物，用数学技术方法来研究模式的自动处理和判读的学科内容，其相关系统理论和方法的研究近年来迅速发展，因此实验室的建设主要围绕这两门课程的实践教学和科研活动展开。
实验室自2005年创建，占地面积约150m2。根据教学实践需要，实验室设备配置包括通用计算机系统、小型组足球机器人、轮式智能移动机器人平台、大学生创新实践中级套件、示教型教学工业机器人、各种传感器等。软件系统包括Matlab、机器人编程系统、通用编程语言环境、模式识别工具箱等，在这些设备的基础上，开展智能科学与技术的实践教学。随着设备的老化，根据课程发展的需要，实验室即将购进人形机器人、灭火机器人、游历机器人以及自主设计机器人的各类配件。
2 实验室创新实验体系
2.1 通用创新实验体系
根据智能科学与技术的学科特点，智能机器人实验室提供循序渐进的系统训练课程：初级课程、中级课程、高级课程，具体开课情况见表1。
（1）针对低年级学生的系统化基础工程训练：学生可以利用该平台，进行学科基本能力的培养，包括计算思维能力、算法设计与分析能力、程序设计能力、开发应用能力等；并能够动手组装和调试简单电路；编写控制软件；获得全方位的、系统化的基础工程训练。
（2）针对中年级学生：可以利用该平台，进行系统能力的培养，要求学生能够站在系统的全局去看问题、分析问题和解决问题，从而更加深入地学习并实践自动控制、电子电路、微机原理接口技术及应用、单片机原理与应用等学科知识与试验学习结合起来。
（3）针对高年级学生：利用该平台，深入研究目前前沿的学科知识，进行人工智能、图像处理、语音识别、机器人自主导航、运动控制、机械设计、机械电子学、电机拖动、机器人学、自动控制、数字控制、先进控制、智能控制、传感器、传感器信息融合、信号处理、模式识别、人工智能、面向对象编程、软件工程、图像处理、语音识别、神经网络、遗传算法等多学科的研究验证，进行创新能力培养。
2.2 智能机器人课程实践教学体系
智能机器人是首都师范大学智能科学与技术高年级学生的重要专业课程，涉及的学科范围包括力学、机器人拓扑学、机械学、电子与微电子学、控制论、计算机、生物学、人工智能、系统工程等诸多课程，是理论性、实践性和综合性很强的课程，也是培养学生具有机械设计能力、能够直接解决实际问题的课程。该课程授课课时为36学时，实验课时为36学时，达到了1：1的比例。
第一阶段，教师以最为典型的能力风暴机器人、示教—再现机器人为教学对象，让学生掌握基本程序的编制，掌握电机的控制方法，掌握最简系统的组装、编程、调试的方法，能够实现基本系统的各种控制，实现机器人走正方形、机器人边唱边跳等经典控制项目，从而对机构设计、软件编制以及优化有一定的认识。
第二阶段，设计和开发自己的机器人运动机构，完成机器人综合组装、调试工作，在第一阶段的基础上增加一些标准传感器知识，学生可以通过对典型传感器，如红外传感器、光敏传感器、碰撞开关、光电编码器等使用学习，完成机器人跟人走、避障等实验。另外，学生熟练掌握完整智能控制系统的编程与应用方法，为拓展其他各种传感器与功能模块的应用打下基础。
第三阶段，学生可以在以上基础上增加其他各种扩展芯片、传感器、大学生创新模块套件及执行机构，熟练应用不同传感器，设计方案以及试验环境来实现不同功能，例如完成语音控制机器人小车、加工车床等试验。通过这个环节，学生可以深入掌握不同传感器及执行机构的工作原理与应用方法，培养学生解决实际问题的能力。
第四阶段，面向竞赛和学生科研课题，学生独立进行自主创意或完成指定项目的设计。在这个阶段，学生可以对人工智能、图像处理、自主导航、遗传算法等前沿学科进行深入研究及验证，例如火星陨石标本采集概念机器人的设计、智能图书存取系统设计等。
2.3 模式识别课程实践教学体系
模式识别课程是首都师范大学智能科学与技术高年级学生的重要专业课程，其目的是通过对模式识别基本理论、概念和方法的学习，使学生能够灵活运用所学知识，借助计算机解决实际工程应用中的自动识别问题，其主要任务是使学生掌握对物体进行分类的有关理论和方法。实验课是本课程重要的教学环节，目的是使学生掌握模式识别基本分类方法的算法设计及其验证方法。提高学生分析问题、解决问题的能力。本课程授课课时36学时，实验课时时。
第一类实验是安装并使用模式识别工具箱。本次实验可以让学生了解模式识别软件的具体形态、基本设置以及运行流程，了解基本识别方法的工作过程。
第二类实验使用常用分类算法进行实验，例如，贝叶斯分类算法的原理和使用、最近邻算法的分析试验。
第三类实验为课程设计，例如用支持向量机进行人脸识别。本次实验可以让学生掌握支持向量机的运行机理、参数选择与快速算法等，了解在实际分类中学习样本库的重要性。
3 实验室发展成果
3.1 提高科研水平，促进实验室良性发展
实践证明，科研项目的研究对改善学科软硬件条件作用重大。在带动实验室建设上，科研课题以优势、特色学科为基地，购置大量先进的仪器设备，构建起坚实的实验条件，在完成科研任务的同时，转化为学科教学、科研发展的基础设施，为培养高水平本科人才提供物质支撑。首都师范大学智能科学与技术专业先后申请主持国家自然科学基金项目等国家级项目4项、省部级项目近20项，校级项目若干，发表包括SCI、EI检索在内的学术论文一百多篇，从而极大促进了智能机器人的实验室建设，为实验室的长期发展创造坚实的物质基础和持续的科研动力。
3.2 开展学生科研，培养学生创新能力
智能科学与技术专业坚持以智能机器人实验室为依托，鼓励学生申报、开展各级各类学生科研项目，进行专业实习、完成毕业设计，并按照本科生的学习发展阶段，为学生规划科研申报体系，如图1所示。
近四年来，我们积极组织学生申请全国级大学生创新实验计划6项，参与学生近30人。申请校级各类学生科研项目近20项，参与学生近百人。通过有组织地、循序渐进地开展学生科研，学生极大地发挥了钻研精神和创新能力。
3.3 通过学科竞赛，调动学生实践积极性
实验室为学生提供了一个开放的平台，并以培养学生的创新思维、科研素质和实践能力为目标，为学生的成长提供良好的条件。学科竞赛富有挑战性、探索性和趣味性，是学生综合能力培养的重要手段。参赛的过程，就是学生独立分析问题、解决问题的能力得到锻炼和提升的过程。近年来，学校通过组织学生参与竞赛，先后获得2012年全国大学生仿真比赛一等奖、2011年全国大学生仿真比赛二等奖2项、历年全国Scilab竞赛二等奖以上奖项；学生设计的“火星陨石碎片采集概念机器人”“智能图书归还平台”分别获得2011年全国首届大学生智能设计竞赛二等奖；学生设计的智能小车获得2012年北京市挑战杯二等奖。
喷气动力实验室在美国加利福尼亚州帕萨迪纳市有一个占地177英亩的园区，实验室设计的机器人已经登上了月球，发现了火星上曾经有水存在(这是任何生命形式的必要前提)，并且获得了火星的表面样本。这些自动机器人对于喷气动力实验室的种种使命而言往往至关重要，它们平均的开发周期是五年，费用在25亿美元到10亿美元之间。它们能攀爬到悬崖之下，以调查星球的地层或者探测大气中的辐射量。它们懂得如何避开岩石和洞穴，以及如何给空间站更换螺丝。它们还能忍受住极端气温的考验，以及来自尘埃恶魔的凌厉劲风――火星上到处都有微型龙卷风。
“喷气动力实验室所设计的很多东西都史无前例。”机器人硬件系统小组总监艾伦・斯洛塔(Alien Sirota)说。该小组由20人组成，是喷气动力实验室旗下5000名工程师和科学家的一个分组。“一切都是新领域，有时你甚至不知道具体的技术是什么或者问题将会是什么。这正是我们的工作令人兴奋之所在。”
喷气动力实验室的下一个使命，是在2011年推出火星科学实验室(MSL)。这是一个9英尺长、1，875磅重的机器人，主要由铝制成，并以一个核发电机提供动力。它将装配有10种仪器，任务包括调查水圈，评估气候，以及收集岩石样本，这些岩石将被粉碎后分配到这个漫游者的多个测试间之中。
虽然喷气动力实验室的一些使命有些神秘――我们真的需要知道火星上有多少种有机碳化合物吗?―但他们用以制造机器人的技术却能转化为现实的用途。一个探测移动目标的侦察机器人可以成为一种强大的军事工具，例如在步兵进入一个房间之前先由其探测里面有没有敌人，或者通过卫星向基站营地传送信息。下面所列的机器人还可以帮助公司开发矿场或加速采掘过程。不过，尽管这些多才多艺的机器人能独立完成很多事情，但如果没有设计它们的这些工程师，它们就不会出现。
AXEL
这个漫游者对付陡峭的地势很有一套，能够攀爬到悬崖之下和探测深坑。在地球上，它甚至能帮助进行搜救活动。
火星漫游者(Mars Rover)
六年前推出以来，两款这种漫游者――Spirit和Opportunity――一直在分析火星上是否有水存在的历史。它们已经探测了13英里，并收集了约25万幅图像。
跳跃者(Hopper)
这种有六条腿的跳跃精灵最初的设计目的是用来探测月球等低重力地方的。利用弹簧腿，它能够垂直跳跃35厘米，并以60度角跳跃。
索杰纳(Sojourner)
这款六轮火星漫游者以民权斗士索杰纳-特鲁斯(SojournerTruth)的名字命名，1997年从火星表面传回大量数据，包括550幅图像及对土壤和岩石的化学分析资料。
火星科学实验室(MSL)
计划于2011年秋季推出，它将评估火星是否曾经――或者仍然――适合居住，MSL装配有十种仪器，将能够工作至少一个完整的火星年，即687个地球日。
攀岩者(Cliffbot)
这个四轮漫游者的样品拥有手臂甚至关节，以帮助它攀爬高达85度的陡坡。它利用从两个锚定机器人(anchorbots)各自的“手”中伸出的辫状绳索攀爬悬崖。
狐猴(LEMUR)
它的名字反映了美国航天航空局对首字母缩略语的钟爱。LEMUR代表“以肢爬行机械功能机器人”(Iimbed ex-cursion mechanical utiliy robot)，不过它被称为“宇航员的宠物猴”，主要任务是检查和修理太空设施。
BAT开启机器人竞速模式
2015年我国进入人工智能元年，自此以后，BAT等互联网公司纷纷踏足机器人领域。截至目前，BAT已相继建立与机器人基础科学和技术有关的研发机构。
2016年，腾讯成立AI Lab，肩负腾讯在人工智能领域的基础研究及应用探索。目前，腾讯AI Lab拥有70多位科学家和300多位应用工程师，研发成果已应用在微信、QQ及天天快报等上百个产品。而此次机器人实验室“Robotics X”的诞生，则意味着腾讯要在人工智能领域开辟一块新的战场。
2017年10月，阿里巴巴宣布成立“达摩院”，来进行基础科学和颠覆式技术创新研究。据悉，达摩院将包括亚洲达摩院、美洲达摩院、欧洲达摩院，并在北京、杭州、新加坡、以色列、圣马特奥、贝尔维尤、莫斯科等地设立不同研究方向的实验室。
就在2018年1月份，百度研究院宣布设立“商业智能实验室”和“机器人与自动驾驶实验室”，同时，三位世界级人工智能领域科学家Kenneth Ward Church、浣军、熊辉也加盟百度研究院。目前，百度研究院拥有超过2000名科学家及工程师，并建立起包括七位世界级科学家、五大实验室的阵容。
图表1：BAT在机器人领域布局情况
资料来源：前瞻产业研究院整理
近年来市场高速增长 发展潜力巨大
当前，我国机器人市场进入高速发展期，2017年市场规模约62.8亿美元，2012-2017年平均增长率达到28%。
图表2：2012-2017年我国机器人市场规模增长情况（单位：亿美元，%）
资料来源：前瞻产业研究院整理
其中，工业机器人连续五年成为全球第一大应用市场，服务机器人需求潜力巨大，特种机器人应用场景显著扩展，核心零部件国产化进程不断加快，创新型企业大量涌现，部分技术已可形成规模化产品，并在某些领域具有明显优势。2017年，工业机器人是机器人市场主要产品，所占整体比重高达67.2%，市场规模为42.2亿美元。此外，得益于互联网巨头对机器人在服务场景应用的投入，服务机器人所占比重也超过20%，市场规模达到13.2亿美元。
图表3：2017年我国机器人市场结构（单位：亿美元，%）
资料来源：前瞻产业研究院整理
（一）工业机器人
我国工业机器人市场发展较快，约占全球市场份额三分之一，是全球第一大工业机器人应用市场。2016年，我国工业机器人保持高速增长，销量同比增长31.3%。按照应用类型分，目前国内市场的搬运上下料机器人占比最高，达到61%；其次是装配机器人，占比15%，高于焊接机器人占比6个百分点。当前，我国生产制造智能化改造升级的需求日益凸显，工业机器人的市场需求依然旺盛，据估算2017年我国工业机器人销量首次超过11万台，市场规模达到42.2亿美元。
图表4：2012-2017年我国工业机器人销售额及增长率（单位：亿美元，%）
资料来源：前瞻产业研究院整理
图表5：我国工业机器人市场应用结构（单位：亿美元，%）
资料来源：前瞻产业研究院整理
在需求端，未来随着我国劳动力成本快速上涨，人口红利逐渐消失，生产方式向柔性、智能、精细转变，构建以智能制造为根本特征的新型制造体系迫在眉睫，对工业机器人的需求将呈现大幅增长。根据前瞻产业研究院的《2018-2023年中国工业机器人行业产销需求预测与转型升级分析报告》预测，到2023年，国内市场规模将翻一番，进一步扩大到接近80亿美元。
图表6：2018-2023年我国工业机器人销售额及增长率预测（单位：亿美元，%）
资料来源：前瞻产业研究院整理
另外，在供给端，根据三部委的《机器人产业发展规划（2016-2020年）》，到2020年，我国自主品牌工业机器人年产量达到10万台，六轴及以上工业机器人年产量达到5万台以上。工业机器人速度、载荷、精度、自重比等主要技术指标达到国外同类产品水平，平均无故障时间（MTBF）达到8万小时。
（二）服务机器人
我国服务机器人的市场规模快速扩大，成为机器人市场应用中颇具亮点的领域。2016年，我国服务机器人市场规模达到10.3亿美元；据估算2017年我国服务机器人市场规模将达到13.2亿美元，同比增长约28%，高于全球服务机器人市场年均增速。其中，我国家用服务机器人、医疗服务机器人和公共服务机器人市场规模分别为5.3亿美元、4.1亿美元和3.8亿美元，家用服务机器人市场增速相对领先。
图表7：我国服务机器人市场应用结构（单位：亿美元，%）
资料来源：前瞻产业研究院整理
截至2017年底，我国60岁以上人口已达2.41亿人，占总人口的17.3%。老龄化社会服务、医疗康复、救灾救援、公共安全、教育娱乐、重大科学研究等领域对服务机器人的需求也呈现出快速发展的趋势。根据《机器人产业发展规划（2016-2020年）》，到2020年我国服务机器人年销售收入将超过300亿元，在助老助残、医疗康复等领域实现小批量生产及应用。因此，根据前瞻产业研究院的《2018-2023年中国服务机器人行业发展前景与投资战略规划分析报告》预测，我国服务机器人市场规模将增长至66亿美元。
图表8：2012-2023年我国服务机器人销售额及增长率（单位：亿美元，%）
资料来源：前瞻产业研究院整理
（三）特种机器人
当前，我国特种机器人市场保持较快发展，各种类型不断出现，在应对地震、洪涝和极端天气，以及矿难、火灾、安防等公共安全事件中，对特种机器人有着突出的需求。2016年，我国特种机器人市场规模达到6.3亿美元，增速达到16.7%，略高于全球特种机器人增速。其中，军事应用机器人、极限作业机器人和应急救援机器人市场规模分别为4.8亿美元、1.1亿美元和0.4亿美元，其中极限作业机器人是增速最快的领域。
图表9：我国特种机器人市场应用结构（单位：亿美元，%）
资料来源：前瞻产业研究院整理
2017年，据估算，我国特种机器人市场规模为7.4亿美元。随着我国企业对安全生产意识的进一步提升，将逐步使用特种机器人替代人在高危场所和复杂环境中进行作业。到2023年，特种机器人的国内市场需求有望达到18.7亿美元。
【关键词】机器人活动；创新能力；培养实施方法
0 引言
党的十提出实施创新驱动发展战略，并强调科技创新是提高社会生产力和综合国力的战略支撑，必须摆在国家发展全局的核心位置，通过科技创新推动改革。高校是科技创新的主阵地，大学生创新意识和创新能力的培养已成为各高校教育教学的主要抓手。
机器人活动是典型的机电一体化技术，囊括了机械、电子、计算机、自动控制、传感器、通信、人工智能等学科的尖端技术，是一门跨专业、多学科交叉且高度综合的新兴事物。它具有创造性、趣味性、观赏性和对抗性等特点，是在学生具备基础能力的前提下，综合运用多学科知识，给学生广阔的发挥空间，提高学生的创新能力。机器人研究正处于不断完善、不断出新、不断深入的动态研究之中，这些未知领域也恰恰是大学生们的兴趣点所在。
笔者于2008年开始管理、指导学校机器人实践创新团队，从08年开始，连续7年参加了中国机器人大赛暨RoboCup公开赛。该项赛事是中国最具影响力、最权威的机器人技术大赛、学术大会和博览盛会。7年来，我校代表队一共获得冠军15项、亚军12项、季军7项。本文以实际指导与参赛的经验，就我校新设的交通设备与控制工程专业大学生创新能力培养进行探讨。
1 交通设备与控制工程专业情况
交通设备与控制工程专业为工科学科特设专业，主要培养适应国家交通运输设备现代化、智能交通工程建设的需要，具备交通设备、信息及控制工程方面专业知识与应用能力，能从事交通领域设备研发、设计、制造、智能交通系统集成、维护、运行管理的应用性高级工程技术人才。目前全国仅有10所左右的高校开设了此专业。我校交通设备与控制工程专业于2011年开始招生，目前有在校生191人。作为工科专业，学院十分重视学生创新能力、动手实践能力的培养，并将机器人活动作为抓手，促进学生素质全面提升。
2 机器人活动培养学生创新能力的优势
2.1 机器人活动营造良好的校园科技创新氛围
机器人活动丰富了同学们的课余文化生活，培养了同学们科技创新的浓厚兴趣，它作为一种参与面极广的大学生课外科技创新活动，能让同学们将平时所学的课本理论知识应用于实践活动，同时又扩大了知识面。特别是校团委每年一度的大学生科技节开幕式上的展演，把每年参加全国赛、省赛的获奖作品予以宣传展示，邀请相关指导教师开展机器人制作系列讲座，邀请获奖学生代表分享参赛心得等，营造良好的校园科技学术氛围，使得机器人活动被广大同学所了解、喜爱。
2.2 机器人活动激发学生的学习兴趣
在对交通设备与控制工程专业学生专业学习情况的调研中发现，学生对于自己所学的专业认识迷茫，方向不清楚，自然学习的兴趣不浓、动力不足。对于开设的很多专业课程，他们并不清楚课程的重要性，更谈不上灵活运用。有些十分重要的课程同学们感觉比较枯燥无味，难以理解，无的放矢。课堂教学和固定模式的试验并不能激发他们的学习兴趣，教学效果也不是很好。机器人团队的学生普遍反映，通过机器人活动，他们不仅巩固了学习过的课程，而且能将所学的课程与实际运用相结合，有助于他们理解知识点、掌握知识点。同时还具备了围绕具体的制作项目，搜集资料、自学新知识的技能。
2.3 机器人活动的各项赛事有完整的比赛规则
中国机器人大赛暨RoboCup公开赛已成功举办了15届，比赛规则完备，自始至终均保持着公平、公正的竞赛原则，除个别项目是通过评委打分来评判成绩之外，绝大多数项目是通过计时、计分等方式公正客观的来分出胜负，对于结果令人信服。在这样一个公平公正的全国大赛的竞技场上，参赛学生不受任何不良因素的干扰，不存在任何找关系、开后门等社会不良风气，只需关注自身机器人的稳定性，展现自己的设计成果和创新做法。
3 机器人活动促进学生多方面能力的提高
3.1 机器人活动提高学生的工程实践能力
每个机器人都是一个复杂的机电产品，它既是设计出来的，更是制造出来的，好的设计不见得就是好的产品，一个好的产品既依赖于好的设计、制造，也依赖于好的项目管理、质量控制等，这一切都依赖于对于过程的实践，它需要经验的积累，时间的考验。[1]同学们在机器人作品的设计制作过程中，通过反复观察、实践、总结来掌握核心技术、解决棘手问题，为解决工程实际问题打下基础。
在2013年的比赛中，我们进入决赛的一台旅游机器人在赛前适应场地的时候出现了问题，整台车处于不工作的状态，经过队员反复检测，发现主控板被烧掉，更换主控板需要把整台车全部拆掉，此时距离决赛开始还有20分钟，除了要将另外一台车上的主控板拆下换掉烧坏的主控板之外，还要留有时间适应场地。同学们齐心协力，拆车的拆车，焊接的焊接，编程的编程，紧张的15分钟之后，整车装备完毕，开始调试，最终我们获得冠军，同学们欣喜若狂。这与同学们在日常实际训练时，主动将所学课程知识融会贯通，综合运用，具备了一定的工程意识和工程实践能力分不开。
3.2 机器人活动培养学生团队协作的精神
团队协作精神是当今社会衡量大学生个人素质的重要因素，作为一个机器人活动小组成员，他们来自不同的年级、不同的专业，各自的特长也不尽相同，有的擅长硬件制作，有的擅长软件编程，在日常的训练比赛中，难免会出现意见不统一，方法不一致的情况，这就更需要团队的相互协作、各司其职。有时我们也会发现，出现问题之后，队员间相互埋怨，缺乏理解、沟通，严重影响了机器人的创作进程。经过指导教师的劝解、调节，促使他们走到相互协作的轨道上来，让同学们意识到只有团队合作才能顺利完成设计、制作、训练、参赛的任务。
3.3 机器人活动培养学生全面发展的个人品质
机器人活动综合了多学科的知识，在选题、策略分析、制作方案、设计加工、软硬件设计以及稳定性方面的工作量很大。同学们围绕核心主题各抒己见的时候，促进了自己的语言表达能力的提高。
在前期验证、中期制作、后期调试等过程中，促进了同学们思考问题、分析问题和解决问题的能力提高。
机器人调试时一个不断完善、追求完美的过程，它与普通的课程设计不同，需要实践的检验。所以同学们在运行调试过程中，通过反复多次的检测、修改，努力提高机器人的性能，潜移默化地培养了同学们对待工作追求完美、精益求精的品质。
机器人活动作为一项实践性很强的活动，对于学生的动手能力要求很高，在制作调试的过程中，一些纯手工的活儿给同学们带来了极大的挑战。不论男生女生，熟练使用锯子、手电钻、烙铁、钳子等工具都是必须的，这对大多数独生子女都是一个难得的生活体验。在此过程中，加班加点也并不稀奇，熬夜通宵更是家常便饭。调试累了，趁给机器人充电的时候，抓紧时间休息一会儿。在比赛过程中，为了了解竞争对手的机器人，同学们不停地观摩、拍摄、讨论，甚至通宵改进策略。整个过程无形中培养了学生不畏艰难、吃苦耐劳的优秀品质。
4 基于机器人活动的学生创新能力培养方法实施
4.1 创建专门的机器人创新实验室
高校想要在科技竟赛中取得好成绩，就必须注重人才梯队的培养。而依托开放性实验室不失为一种行之有效的方法[2]。目前，由于学校学生人数较多，大部分学校的实验室都在安排正常的实验教学，有的甚至从早安排到晚，无法满足学有余力的同学开展各类科技创新活动。为此，学院专门为机器人活动创建了创新实验室，该实验室不承担普通实验教学，全天候为机器人团队成员开放。实验室既是创新型人才的培养及选拔的基地，同时也为指导教师与学生之间的沟通提供了稳定的场所和条件。
我们将实验室划分为制作区、训练区和展示区。在制作区和训练区内，同学们可以放开手脚、充分发挥自身和团队的聪明才智，紧密围绕中心任务动手实践。展示区就是机器人创新团队的成长足迹，我们将同学们自己设计研发的机器人作品和历年比赛的奖状、奖杯、照片等按照时间顺序进行摆放展示，记录整个团队成长的点滴。我们还将实验室作为新生入学教育的阵地，尽早在他们心中点燃科技创新的火种。
4.2 组建机器人实践创新团队
在组建机器人实践创新团队的时候，我们实行“大手拉小手、左手拉右手”的管理模式，也就是整个团队的梯队式培养。高年级的老队员在知识储备、动手能力、比赛经验等方面有一定的积累，低年级的同学加入后，由老队员对他们进行相关内容的培训和指导，分享自己在机器人活动过程中所积累的丰富经验。即使今后老队员们面临着实习、就业、升学等问题，也不会影响整个团队的继续发展。此外我们还根据每个队员的特长进行合理组队，尽量做到每个队中都有一名有经验的高年级队员，并担任组长，带领小队员们进行理论学习、技术攻关、参加比赛。
4.3 充分给予学生发挥的空间
学生的创造力是无穷无尽的，在机器人的设计制作或优化改进的过程中，指导教师给予学生充分的信任，放开手脚让同学们自行设计、改进。指导教师仅在方案制定、测试调试、策略运用上给予指导和帮助，出现问题时鼓励学生坚持克服、树立自信，鼓励学生永不放弃、重整方案。使学生在机器人活动中真正成为一名设计者、而不仅仅是一名操作者。
4.4 教师的指导要把握好
总的来说，教师的指导原则是“到位不越位”，做好学生的参谋，审核设计的方案，督促制作的过程，协调团队的管理。教师应当常去创新实验室，抓住重点环节，给予具体建议。由于学生在实际工程设计经验等方面不足，有的学生甚至还不会绘图。在这种情况下，指导教师应把机器人关键零部件的制作和结构设计放在首位，把好重点关，使重点零部件和结构可靠、稳定、实用。指导教师还要和学生分享自己丰富的经验，尽量争取时间，少走弯路，提高效率。此外，指导教师还要深入研读比赛规则，根据实际情况选择机器人的制作、策略等，这个过程要给予足够的重视。
5 总结
机器人活动有效的激发了学生参与科技创新活动的热情，有利于学生将理论与实践相结合，促进学生实际分析问题、解决问题能力的提升，是大学生创新能力、实践能力培养的很好的切入点，为全面提升我校交通设备与控制工程专业创新人才培养的空间提供了很好载体和平台。
【参考文献】
[1]张东泉，等.以机器人大赛为载体 构建大学生科技创新训练体系[J].创新与创业教育.2011，2（4）.
[2]汤兆平.依托实验室加强大学生科技竞赛人才的培养[J].华东交通大学学报，2007（24）.
我离开沙发，电视自动关闭，折叠起来。我走到门前，门自动打开，随后自动关闭。我坐上我的环保节能汽车，这种汽车利用光合作用，吸收太阳能源，最高时速达每小时100000公里，不用担心这么快的时速会造成交通事故，车里有自动控制装置，遇到障碍物会减速并刹车。还可以预定目的地，电脑会自动操纵。实验室到了，我下了车。乘电梯到我的办公室，我坐在沙发上，看着视频电视。门叮叮叮的响了，我打开视频摄相机，看见我的机器人秘书正站在门口，我一按桌上的按钮，门轻轻地打开了。机器人对我说：“有一位来宾想见你。”我告诉机器人让客人到大厅等候，我随后就到，我来到大厅，和客人寒蝉了几句，原来客人的来意是要看我的新科研成果，我把他领进我的实验室，我用指纹打开了门，我让他看我的最新成果，废气排放过滤器。这是一种装在汽车排气管上的过滤装置。它能使汽车排放出来的废气过滤为清新的氧气。那人惊叹不已。我把他领到另一个科研成果面前，我告诉他，这是一种装在工厂上空的过滤器，它能将工厂上空的废气废烟过滤为清香宜人的空气。我继续介绍着我的成果，那人大开眼界。不由得赞叹不以。我还告诉他，这些东西都还没有正式起用，等这些东西都用上了，城市空气一定变的更加宜人，更加美丽！
铃，铃，铃，时间闹钟把我叫醒，我洗嗽完毕，房子里的中央控制器已经把早餐做好了。我吃完早餐，打开可视电视控制器，秘书滔滔不绝地汇报着今天工作安排。
我离开沙发，电视自动关闭，折叠起来。我走到门前，门自动打开，随后自动关闭。我坐上我的环保节能汽车，这种汽车利用光合作用，吸收太阳能源，最高时速达每小时100000公里，不用担心这么快的时速会造成交通事故，车里有自动控制装置，遇到障碍物会减速并刹车。还可以预定目的地，电脑会自动操纵。实验室到了，我下了车。乘电梯到我的办公室，我坐在沙发上，看着视频电视。门叮叮叮的响了，我打开视频摄相机，看见我的机器人秘书正站在门口，我一按桌上的按钮，门轻轻地打开了。机器人对我说：“有一位来宾想见你。”我告诉机器人让客人到大厅等候，我随后就到，我来到大厅，和客人寒蝉了几句，原来客人的来意是要看我的新科研成果，我把他领进我的实验室，我用指纹打开了门，我让他看我的最新成果，废气排放过滤器。这是一种装在汽车排气管上的过滤装置。它能使汽车排放出来的废气过滤为清新的氧气。那人惊叹不已。我把他领到另一个科研成果面前，我告诉他，这是一种装在工厂上空的过滤器，它能将工厂上空的废气废烟过滤为清香宜人的空气。我继续介绍着我的成果，那人大开眼界。不由得赞叹不以。我还告诉他，这些东西都还没有正式起用，等这些东西都用上了，城市空气一定变的更加宜人，更加美丽！
铃，铃，铃，时间闹钟把我叫醒，我洗嗽完毕，房子里的中央控制器已经把早餐做好了。我吃完早餐，打开可视电视控制器，秘书滔滔不绝地汇报着今天工作安排。
我离开沙发，电视自动关闭，折叠起来。我走到门前，门自动打开，随后自动关闭。我坐上我的环保节能汽车，这种汽车利用光合作用，吸收太阳能源，最高时速达每小时100000公里，不用担心这么快的时速会造成交通事故，车里有自动控制装置，遇到障碍物会减速并刹车。还可以预定目的地，电脑会自动操纵。实验室到了，我下了车。乘电梯到我的办公室，我坐在沙发上，看着视频电视。门叮叮叮的响了，我打开视频摄相机，看见我的机器人秘书正站在门口，我一按桌上的按钮，门轻轻地打开了。机器人对我说：“有一位来宾想见你。”我告诉机器人让客人到大厅等候，我随后就到，我来到大厅，和客人寒蝉了几句，原来客人的来意是要看我的新科研成果，我把他领进我的实验室，我用指纹打开了门，我让他看我的最新成果，废气排放过滤器。这是一种装在汽车排气管上的过滤装置。它能使汽车排放出来的废气过滤为清新的氧气。那人惊叹不已。我把他领到另一个科研成果面前，我告诉他，这是一种装在工厂上空的过滤器，它能将工厂上空的废气废烟过滤为清香宜人的空气。我继续介绍着我的成果，那人大开眼界。不由得赞叹不以。我还告诉他，这些东西都还没有正式起用，等这些东西都用上了，城市空气一定变的更加宜人，更加美丽！
这一切不是梦，但要实现，还需要不懈努力呢！
关键词：慧鱼机器人；创新实践
中图分类号：TB
文献标识码：A
doi：10.19311/ki.16723198.2017.12.090
0引言
2010年7月份，国家经过长期的深入调研和分析，颁布了《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010―2020年）》该纲要对于高等教育的发展规划明确了高等学校应适应就业市场和经济社会发展需求，为国家培养更多的高质量、多样化的复合型、创新型人才。合肥学院（以下简称我校）是一所在“改革中诞生，开放中成长，创新中发展”的地方本科院校，坚持“地方性、应用型、国际化”的办学定位，借鉴德国应用科学大学办学经验，围绕应用型人才培养关键要素，进行了系统改革和实践，构建了具有鲜明特色的应用型人才培养体系，为区域发展培养了大批高素质应用型人才。慧鱼机器人可以针对不同专业和不同学习阶段的学生开设有系统、有层次的创新设计开放性实验项目，旨在培养学生的独立动手、分析问题和解决问题的综合能力培养，以适应我校的办学定位。
1关于慧鱼机器人实验室
高校实验室是科学研究与实践分析的基地，是高校培养创造型人才的摇篮，学生可以通过一系列与理论学科相关的开放性实验课程学习，使学生在巩固理论知识的同时，实现理论知识和实践操作的完美结合。源于德国的慧鱼创意模型（又称慧鱼机器人）是一种技术含量很高的工程技术类智趣拼装模型，凭借其专业涉及面广、延展兼容性强以及小巧轻便等显著特点，很早就被引进到中国高校的实验室，通过这些年的发展，慧鱼机器人实验室的设置对于培养学生创新思维，提高学生动手能力和创新能力都具有很明显的提升作用。而且随着电子通信技术、网络技术等现代新型科学技术的飞速发展，慧鱼机器人也必将随之具有更为广阔的应用空间，依然能够在高校实验室课程教学中具有举足轻重的作用。
慧鱼机器人大体上可以归纳为以下几大构件：机械构件、电气构件、电子构件以及气动构件。机械构件主要包含一些硬塑模型如齿轮链条、蜗轮蜗杆、导轨连杆等；电气构件主要有小巧型驱动、传动马达等；电子构件主要有各类电子传感器、限位开关、微动开关、智能CPU，PLC控制板等；气动构件含一些小型的空气压缩机，用于提供驱动用的气源。学生经过对相关课题的理论分析及系统设计之后，选取合适的构件，并对构件进行有序的拼装搭接，采用图形化的PLC语言或者VB、VC等高级语言编程写入控制器中，完成设计方案的实际模型并能够成功运转，实现概念设计与应用实践的交叉融合。
2慧鱼机器人在课堂教学和实验实践活动中的用
2.1要求学生在掌握专业理论知识的前提下，以慧鱼模型为平台，提高学生的创新思维和创新能力
理论成果要走入社会，进入工厂，必须要经得住科学实践的证明和考验，实验室课程通过其直观、清晰的教学方式，有助于学生提升和巩固理论知识的认识和了解。合肥学院机械系自从引进德国慧鱼公司的“慧鱼创意组合模型”之后，很快便建立了机械创新实验室。其主要目的是让学生在掌握机械专业理论知识的前提下，以慧鱼模型为平台，把已学习专业理论知识实践化、扎实化，并注入创新活动的基本技法，进而将创新意识、创新思维和创新技法渗透到实践活动中去。例如先通过理论知识学习机械自动化原理、机械自动化设计、机械制造、机械创新等课程，然后通过慧鱼模型在实践中使学生对典型的工业产品的结构，制造过程有一个基本的体验和认识，通过结合典型产品的制造加工过程，对学生进行基本操作技能的训练，培养学生的工程意识，实践创新精神和解决问题的能力，并为今后从事制造和设计工作打下基础。在整个慧鱼模型实践过程中我们可以了解现代工业生产先进制造技术，要求学生必须具有工程意识和综合设计能力；熟悉有关的工程术语，了解生产中的主要技术文件及生产组织管理方式；要求学生具有创新能力，能够利用慧鱼模型进行机械创新实践。学生通过反复构思、反复设计、反复拆装，利用一切可行方法进行创新，不断地试错和思维探索，学生的创新思维得到不断的启发，创新能力也得到极大的提高，从而更有利于适应社会创新型复合型人才的需求。
2.2在慧鱼模型的平台基础上进行实践教学创新
慧鱼创意组合模型需要科学的拼接方式，并具有良好的拓展性，各高校实验室不断开发出了一系列的慧鱼工业模型产品，例如智能物流机器人，智能拆卸机器人、智能洗车系统、自由度机械手、智能硬币分离系统、包裹翻转机、智能综合仓储加工系统等经典模型。它巧妙的利用若干种类的慧鱼标准化构件和良好的兼容性和拓展性，精确、生动的模拟了各种复杂的工业化生产设备和流水线，这些工业系统可以用于学生在大学期间进行生产实习、毕业实习、认知实习、课程设计、毕业设计、学生第二课堂等实践活动，在慧鱼模型的平台基础上学生能够自主设计、自主实习、自主实践创新。
2.3通过参加全国机械创新设计大赛使学生在知识综合应用能力、工程意识、团队协作能力等方面得到锻炼
自2004年开始举办至今的全国大学生机械创新设计大赛是国内培养学生工程实践能力和综合素质效果显著的大学生竞赛项目之一。该创新设计大赛吸引了包括清华、北大、浙大等一流名校在内的全国各大高校喜欢思考和动手操作的学生们积极的投入参与，锻炼了当今学子们亲自动手创作能力、团队协作配合能力和综合设计实践能力，为优秀人才的培养提供了广阔的平台。
我校是从2008年开始参加机械创新设计大赛，参加比赛近十年，不仅丰富了学生的课外生活，而且提高了他们的专业素养，锻炼了学生各方面能力。全国机械创新大赛分为实物组和慧鱼组两个组别，分别进行选拔，按一定比例进入全国总决赛。本届比赛我校有3件作品参加了全国过机械创新设计大赛慧鱼组的比赛，其中“高效硬币分离机”作品获得一等奖，“全能包装机”和“硬币分离专家”获得二等奖。实物组也有3件作品进入了参加了安徽省大学生机械创新大赛比赛，其中“硬币清点包装一体机”作品获得安徽省一等奖，并进入全国总决赛获得了国赛一等奖。该作品融合了慧鱼组“高效硬币分离机”和“全能包装机”机械和电子的技术优势。我校自2007年以来也一直举办每年一次的校级机械创新大赛，今年正在举办第十届机械创新设计大赛，在这次的机械创新设计大赛中，学生先进行初期的作品设计，进行各种方案的论证，在比赛后期的选拔中计划以慧鱼实验室为平台，利用慧鱼模型来验证各种方案和设想，经过多次的实践和修改，最终拿出一个最优作品。
每一个作品都是从方案的提出到设计完成，从模型的初步搭建到不断改建，从改进型的模型到系统方案的更新设计，这是一个不断循环反复的过程，每一步都能感受到学生不断思索，不断创新的积极意识和思想。慧鱼模型的智趣性和易于操作性充分调动了学生们的主观能动性，激发了学生内在的原动力，培养了学生的创新思维和创新能力。
3慧鱼机器人创新实验实践研究
按照学院的办学定位和市场需求，在人才培养模式和课程体系设置等方面，不断进行改革和创新，在注重基础、拓宽专业口径的同时，强化专业能力培养，尤其重视对学生实践能力和创新精神的培养，逐步形成了自己的专业特色。慧鱼模型汇聚了工程实践中各种典型的模型，是集教学、实践、研究、比赛于一体的综合平台。它对课程体系的实践效应如图1。
参考文献
[1]慧鱼机械创新设计实验指导书[Z].北京：北京中教仪人工智能科技有限公司，2012.
[2]杨红涛.慧鱼模型在机电类创新型人才培养中的应用[J].科技信息，2010，（20）.
[3]林健.面向卓越工程师培养的研究性学习[J].高等工程教育研究，2011，（6）：515.
[4]司文慧.应用慧鱼模型实现创新性开放实验的模式探索[J].科技信息，2014，（13）：4041.
[5]田亚平.基于“慧鱼”模型的开放性实验创新模式探索[J].北京：中国电力教育，2011，27（19）：128129.
沙漠、北极,哪儿没人去哪儿
还别说,地球上类似火星环境的地方还有好几个。人类建立的第一个火星模拟基地就在美国西部犹他州的沙漠深处。这里寸草不生,到处都是红色的巨大岩石,地形和火星上非常相似。说是基地,其实就是个两层楼高的小建筑。一楼堆放着各种科学仪器和太空服,二楼是宿舍,墙上贴满了火星地图和工作人员的日志。
而地处北极圈的另一个模拟基地――德文岛基地也差不离。那里气候极度寒冷和干燥,地面是起伏不平的岩石、谷地,还有忽来忽往的极地风暴,太空辐射穿透稀薄的大气层直抵地面。地狱般的环境让岛上没有任何植物生存,但要和火星比,那里几乎能算得上是“天堂”了,没办法,这已经是人类能找到的最恶劣的地方了,所以,人们在那里遇到的困难将来都要被放大,才能应对艰险的火星之旅。
德文岛上还有一个著名的“霍顿冲击坑”,那是2300万年前一个大陨石撞击地球砸出来的。通过对陨石坑的研究,科学家就能找到研究火星上陨石坑的办法,要知道,火星上密密麻麻地遍布陨石坑呢!
地球上的“火星生活”
“火星基地”里的未来宇航员们都是年轻人,他们的队长是一名23岁的大学生,看!比你大不了多少嘛。他们在基地里得生活一个月,一切行动都得严格模拟火星上的情况:火星上的氧气含量比地球低200倍,平均气温更是低至零下53℃,要是不穿太空服,要么没法呼吸,要么冻僵,马上就得小命玩完,所以在户外的时时刻刻,他们都得穿上厚厚的太空服,戴上头盔,干起活来笨拙的像只大企鹅,就连他们和“地球总部”的无线电通信也得严格模拟火星上的情况。要知道,地球到火星太远了,无线电信号以光速也要走10分钟左右,所以,一来一回得20分钟,你说的每句话,都得等20分钟后才能收到答复。要是性子急,或者遇上危险情况那才够呛!
高科技的体力活
“火星人”每天都穿着太空服在德文岛或犹他州荒芜的土地上进行繁重的工作。他们要钻取土壤和岩石样本,研究水流对地面的作用,总共有8类科学试验要做。
他们还建造了一个“火星温室”,研究植物在火星环境下怎样生长,要是这试验成功了,将来火星移民就能在火星上种粮种菜了,要是靠从地球往过运,光这运费也没哪个国家承担得起。这些平时看起来很轻松的事儿却因为穿着几十千克重的宇航服变成了纯粹的体力活。过度紧张的实验工作给未来的“火星人”带来了巨大的心理压力,他们每天工作15个小时,已经达到了身体的极限,晚上却只能睡在像火车卧铺一样狭小的三层床上。看来,这宇航员的确不是谁都能当的。
机器人也得来训练
不久的将来,当载人飞船经过长达半年多的太空旅行到达火星后,宇航员要面对各种危险:极度寒冷、毒气、缺氧、有害的宇宙射线、强大的火星沙尘暴。要是有聪明能干的机器人帮忙,事情就好办多了。没错儿,火星机器人也是“火星基地”的重要成员,它们是机器人中的“宇航员”。
这个圆身子的家伙很像一个人在攀岩,没错,它的名字叫“攀岩者”。顾名思义,它的机械手能像人手一样“抓”住岩石的棱角,它能攀爬几乎垂直的岩壁,甚至能在光滑的镜子表面爬行。
这个涂上蓝色条纹的家伙叫“快速眼”,是第一个登上火星的无人机。飞,自然优势多多,它才不用管你地形多复杂呢,火星车们只能探测小范围的土地,火星无人机却能勘测大面积的火星表层。它不必登陆火星,而是以560千米/小时的速度在火星上空1500米的高度上飞行,航程高达680千米。它“看到”的一切都会通过火星卫星同步传回地球。万一飞机遭遇意外,也不用担心,它会在火星上迫降。可惜的是,火星上可没有机场给它“加油”,一旦能量用尽,它的寿命也就到头了。火星无人机的训练基地也是德文岛。
现在,史上身价最高,动力最强,性能最先进的机器人――“火星科学实验室”登场了。既然号称“实验室”,随身带的仪器自然不少,什么立体相机、激光钻头,应有尽有。“实验室”的体重高达3.5吨,比两辆小汽车还重,一般的太阳能电池可带不动它,所以,它采用核动力发动机,使用的燃料是放射性金属钚,钚可是用来造原子弹的东西哦～
这位六只脚的家伙名叫“全地形六腿宇宙探险者”,简称“运动员”。它是在“攀岩者”的基础上改造成的,不过它的本领比“攀岩者”强得多,它能在火星或者月球表面运送人员和重装备。这位“运动员”大约一人高,宽达4米,而真正要上火星的“运动员”会是它的两倍大。它的移动速度是以前的火星车“机遇号”和“勇气号”的100倍!
睢,这是两个“运动员”扛着货舱在前进。地面平坦时,它们用轮子前进,遇见障碍物时就抬起腿来跨过去。在它们的每条腿里都安装着立体全景摄像机,所有的图像都会显示在屏幕上,帮助它们识别障碍物。它们还会分身术,每一个都可以拆分成两个3条腿的“运动员”,甚至还能和别的外星探测器对接到一块儿。
【尾声】热闹吧?尽管真正移民到火星可能还得上千年,可准备工作早都展开了,地球上的“火星基地”虽然个个荒无人烟,可科学家和机器人们却都干得热火朝天。据说再过20年,人类宇航员就能登上火星插旗子了,那时候你正当壮年哦,如果有宇航员梦,现在就要开始努力啦!
火星车的越野本事再强,它也不会爬山。而火星上遍布高大的岩石和高耸的峭壁,以往的火星车们只好望山兴叹了。现在,科学家们设计了“登山者”火星探险机器人。“登山者”可以像登山运动员那样攀登悬崖峭壁,它甚至还会“索降”技术:将一根强化的鱼线栓在悬崖顶部的岩石上,自己顺着鱼线沿着几乎垂直的陡崖下降、拍照、取岩土样本。这不,这位“登山者”正和负责操控它的宇航员一起在北极的“火星基地”协同训练呢。
这一对机器人叫“机器人工作者”,它们最大的特点是可以协作干活儿,别的机器人都是单打独斗,而它们却如孪生兄弟一样,心有灵犀能和对方默契合作。它们能“抬”起2.5米长的东西,比如抬着金属器材移动50米。有了这哥俩,搬东西、搭架子的活儿就不用愁了。
巧戏荆轲
我把时间定格在秦朝，并且去了荆轲的家，准备找他“比试比试”。
荆轲果然在家里习剑，我迎上去，直截了当地对他说：“荆轲先生，我这里有个兄弟想与你比比武，你看行吗?”荆轲奇怪地看着我：“你是何方人士?既然想与我切磋技艺，那就请便吧!”我拉过一个和真人差不多大的仿真智能机器人，通上电，将他推给荆轲，说：“就是这位了，你们比比准的剑法高，比赛中刺死对方一概不负责，行吗?”他犹豫了一会，说：“行，立个生死状吧。”很快，一张生死状立好了，比武正式开始。
“我先出招!”荆轲语毕，手握一把雪亮的青剑，在空中舞了一通之后直刺向机器人。这把剑真是削铁如泥呀，“扑”的一下，剑很轻松地了金属机器人的胸膛。“我赢了!哇啊啊……”荆轲话才说了一半，就大声惨叫，把剑扔到一边，咚的一声倒在了地上，全身抽搐。这时，机器人突然发出嘀嘀声，报告我出现故障。我这才明白过来，荆轲触电了!原来此剑是用纯青的生铁打造而成的，属于导体。要知道，这个机器人电池里的电压相当于家庭电路电压的二倍!我去看了看荆轲，他已经气绝身亡了。我把机器人电源开关断开，拍了拍他的肩膀：“哥儿们，干得好!”又转头对着荆轲说了一句：“笨蛋，你上当了!”接着，我带着这个严重损坏的机器人扬长而去。
时迁
输给保险柜
据说宋朝有个神偷名叫时迁，我这就去会会他，给他出道难题。
时光机一转，我又出现在了梁山好汉的英雄时代!时迁估计还在午睡呢，正好去找他。我来到了他家，叫醒他：“时迁呀，听说你偷东西很厉害，你能帮我把这个箱子里的东西取出来吗?”
我给他一个保险柜，“不就是一个铁柜子吗，小菜一碟!”时迁马上凑近保险柜的锁眼，想研究研究。“请输密码”，真人自动提示音响了，却给了时迁一个灵感，这个灵感可真够天才的。原来他灵机一动，把自己家里养的马牵来，让马对着箱子乱踢一通，还嘿嘿傻笑着说：“要用‘马’啊，怎么不早说?我家的马力气最大了。”我差点一头撞死，他以为密码是什么马呢! 看来只能我动手了，我噼噼啪啪输了几个密码，箱子打开了，把一旁的时迁看得目瞪口呆。趁他愣着，我赶紧把他的钱包扔进保险柜，关上了柜门。哈哈，我没有告诉他保险柜怎么开，这个傻子就等着干着急吧!我又该走了，这次去外国玩玩，顺便看望一下几个外国名人。
和阿基米德较真
“给我一个支点，我能够撬起地球。”我在古希腊找到了这句豪言壮语的主人，并想在这句话上和他较较真。
我在街上找到了他，并说明了来意。他摇摇头：“真理永远是真理，不要说了。”嘿，这小老头还真倔!不行，我一定得让你知道谁才是真理的持有者。“好，你说吧，如果你真的能我的论证。”他慢悠悠地说。我马上翻出自己的知识：“假如说你能找到这么一个支点，那么这根撬棍该有多长?假设要使地球撬起一厘米，那么另一端的动力臂该压下多少米甚至是多少光年?还有地球的重量你算过吗?假设你以一分钟十厘米的速度连续不断压下动力臂，你要用几亿亿年的时间才可以完成!如果你用光的速度连续不断压下动力臂，那你也需要几万年的时间。所以，你要对你说的话负责!”我长舒一口气，没想到我蛮聪明的嘛，呵呵。再看看阿基米德这小老头，他已经口吐白沫，不省人事了。莫非是突发急病?还是被我说晕了?我赶紧去扶起他，就在这时，他缓缓地苏醒了，断断续续地说：“我……我服了，你……是对的……啊!”说完闭上了眼睛，与世长辞。我一时慌了神，我竟把世界著名的科学家杀死了?天!这可不是件小事，快逃吧!
我不要扫厕所
我回到了科技大楼的办公室，打开了电视机，并准备开一瓶饮料。咦，起子拿在手里，我怎么不会使用了?我可是个物理学家，怎么不会开瓶子了呢?一切都悄然地发生了变化，世界像是变了个样。怪不得，原来我把杠杆原理的发现者――阿基米德给弄死了，现在世界少了杠杆原理，当然变了许多。
一进实验室，我就感到了一种不寻常的气息。是K博士来了，他看起来很生气：“说，你是不是拿我的时光机玩了?快点交出来!”“是……”我不敢舀他。“啊――我的智能机器人!小H，你给我出来!”“我的保险柜怎么也不见了?是不是你干的?”机器人专家I博士和经济学家j博士不知从哪里冒出来，I博士手里还拿着那个被荆轲刺了一剑的机器人。
“我杀了你!”三个人的怒吼差点震碎科技大楼的玻璃。惨，那个智能机器人可是小I的宝贝，而且那个保险柜是J博士刚从美国买的，我要有杀身之祸了!
未来的我
光阴似箭，日月如梭。到了2020年，我成为了一名发明家。我发明了许多东西，其中有一种叫“ZHF先锋”的汽车，我每天都开这种汽车上班。
有一天，我被我的机器人保姆叫醒了，它是我发明之一。她是多功能的机器人，能做很多事情，我吃完早餐，就去上班了。我走出门，我看见了“ZHF先锋”。我的机器人保姆帮我打开车门，开车的是一个机器人司机，他负责开车，我的研究实验室在美国。而我的家在中国，我每天都在这两个城市奔波。我们有时是走海路，有时是飞在天空，有时还遁地。（因为我发明的“ZHF先锋”是上天下地过海无所不能的。）今天我们选择了遁地，一下子我的眼前一片黑暗，过了一会，车灯亮了，我也看见了。过了20分钟我们到了我的实验室。
我的实验室是一座摩天大楼。是有1000层的楼，我进了大门有十几个机器人保安在此站岗，只有我的命令他们才能让人进来。除了这里的保安。每层都有100个机器人保安。（因为我这栋大楼有非常重要的发明和机密，为了安全不得不这样）我走到电梯，直上1000层我的发明屋。过了一秒，到了1000层。这是世界上最快的电梯，我发明的，我已经申请了专利。到了发明屋，首先是大门，这是验指纹的，如果错了，就会被紫外线射死，几千只激光枪扫死。进了大门，是一颗大树，这棵树不是一般的树是可以治洪水的大树。只要它种在发洪水的地方，他就会马上长成一棵参天大树。把洪水吸光，把洪水存在树中，然后转换成我们喝的矿泉水。为世界造出更多的水。……
还有一种芯片是我最新发明，还在测试中。它是一种记忆芯片，它能为人类提高记忆，一下子能记下9999999999个单词，而且是永不忘记的，是考试必备和白领必有。想知道它是怎样为人类提高记忆吗？
你们知道蜜蜂是这样采花蜜的吗？
蜜蜂晚上大约80％的时间在睡觉，白天也常常飞回蜂房，让翅膀垂下来歇 。
蜜蜂学东西很快，它拥有5个记忆阶段。像其它动物一样，蜜蜂学东西建立在回报模式的基础上。他说，“如果蜜蜂因某一行为得到了一次酬劳，它会记住一个星期。如果因同一种行为得到过3次酬劳，它这辈子都不会忘了”。
分子生物学已经证明，蜜蜂身上除了通常的短期、中期和长期记忆阶段外，还有早期和晚期记忆阶段。这表明，蜜蜂身上的许多分子演变过程与大型动物相似。人们已经在蜜蜂脑部神经网中找到了与这些记忆阶段相对应的控制区域。
凭着出色的记忆，蜜蜂可以区分许多颜色图案和香味。实验证明，蜜蜂可以从50种甚至更多的气味中准确地嗅出要找的那一种。
这就是未来的我！
关键词：送餐服务；点/送餐；迎宾；娱乐
送餐机器人的应用范围很广，只要是服务行业都可以使用它，譬如在学校、医院、餐厅等地方，都可以使用它来替代服务人员为顾客服务，大大满足人们对快捷服务的需求。目前设计点餐，送餐、迎宾、娱乐等功能的一款送餐服务机器人，不但能提高服务效率，减少服务人员数量，更能建立餐厅特色，打造餐厅品牌，进而提升餐厅的业绩。
1 总体设计方案
送餐机器人总共分为三个模式状态，根据用户的选择，可以对三种模式进行切换，以下是对三种模式的描述。
模式一：点餐/送餐模式，一方面通过机器人携带触摸屏显示，向顾客呈现当前的菜单以及打折信息。另一方面通过手机或者按键模块控制机器人移动，通过巡线传感器、红外线传感器以及行走电机使机器人按照规定的行进路线前进，使机器人顺利到达对应的餐桌位置。
模式二：迎宾模式设计，当用户选择迎宾模式时，则送餐机器人自动通过循迹走到相应的迎宾位置，并通过监测当有人进入时则机器人发出声音。
模式三：娱乐模式设计，包括播放音乐、动作表演等。
设计是采用单片机（STC89C51RC）为主要控制电路，配有各式传感器、执行驱动、人机交互、界面显示等模块。同时采用蓝牙模块配合手机使其创建链接，从而使手机通过蓝牙模块向单片机发送指令，人们可以通过手机蓝牙执行相应的操作，完成送餐、点餐、娱乐等功能。如图1所示。
2 机器人整体结构设计
机器人设计完成后，对其进行行走路线的设计，设计一条主干道，在主干道上增加几条分支用来工位的设置。UG设计图如图2所示。
3 机器人系统测试
对于送餐机器人来说，行走路线的测试尤为重要，通过红外线对黑标的色差识别，来达到巡线的目的，在机器人行走过程中，当机器人朝左偏时，则左电机速度提高，右电机速度下降。当机器人朝右偏时，右电机速度提高，左电机下降，使得机器人会走线。加工设计的机器人如图3所示。
送餐机器人的使用让服务行业的发展得到了更快的发展，会代替人力在餐饮业做到主导作用，这样大大降低了人力成本，在市场经济发展中有着不错的前景，未来将是机器人的时代，高科技的时代。
参考文献
[1]袁银瑶，卢亚平.“探索者”全地形机器人创新设计[J].探索科学，2016，34（6）：195.
装配实验室全球连锁，拥有几乎可以制造所有产品的工具，供每一个有好点子的人免费使用，前提是创意共享。它们是业余发明家的“梦工厂”，让人们相信，发明不只属于科学狂人，也属于普通百姓。
梦想成真
马特·金看上去不太像一个发明家。他身材魁梧，肌肉结实，发型狂野，是澳大利亚一名橄榄球运动员，同时也是英国首家装配实验室一颗冉冉升起的明星。
他的发明创想源自几年前一场家庭板球比赛。他的妹妹嫌老式木质板球拍用起来太费劲，于是改用网球拍打板球。马特受到启发：何不做一只有球拍线的板球拍？他把这个想法告诉朋友，遭到一片奚落。
2010年在英国切尔西比赛时，他所在俱乐部老板对马特的球拍“狂想”颇有兴趣。他介绍马特到新开张的曼彻斯特装配实验室，那里有各种高技术制造工具。6个月后，一种绷着球拍线的塑料板球拍问世。去年，仅澳大利亚一地就售出1万只这样的球拍。
装配实验室2005年创建于美国波士顿，创始人是麻省理工学院物理教授内尔·格申菲尔德，初衷是让任何有创意的人有机会将梦想变成实物。如今，全球已有35家连锁实验室，从冰岛到阿富汗。
曼彻斯特装配实验室的墙壁上装有一个大屏幕，实时播放世界各地实验室里正在开展的项目，以随时分享好创意。经理海登·英斯利说，实验室让人们相信，发明不只属于科学狂人，也属于普通百姓。
英斯利是一名物理教授，早年组建过摇滚乐队。他对自己管理的实验室感到骄傲，这里有价值10万英镑的仪器设备，包括制作电路板和电脑芯片的机器；由电脑操控的大型电锯，可以精确到亚毫米；还有一台激光切割机，可以切割木材和布料，并将设计图案印在这些材质上。“只要按一下打印键，就一切搞定，”英斯利说。
朴实创意
除马特的网线板球拍外，曼彻斯特实验室还诞生了不少新鲜朴实的发明。
13岁的塔伊布·谢赫有一个残疾弟弟，他参加了一个年轻人护理团队，并接受一项任务：为残疾儿童设计一件作品。一次令他心有余悸的看牙经历后，他冒出一个想法：制作一把装有MP3音乐播放器的牙刷，帮助孩子喜欢上刷牙。
“我酷爱音乐，也特别希望有一口好牙，”谢赫说“有机会制作这样一件作品实在美妙。”
来自坎布里亚郡29岁的汉娜·斯图尔特想知道如何制作电路板，于是参加了实验室举办的一个为期20周的教学计划“如何制作一切”，学费为3200英镑，总部的格申菲尔德教授每周通过视频会议向世界各地的学员讲授课程。
每位学员都要有自己的作品。汉娜的想法是制作一把装有内置音频系统的雨伞，每到一处景点，可以自动播放该景点的讲解“这会非常实用”。她甚至考虑在家乡卡莱尔建一间类似实验室。
年近六旬的戴维·福汉·贝利的妻子是电台知名制作人，这些年来，他一直默默做着妻子背后的男人，专职在家带孩子。如今，他希望走出妻子的阴影。他喜欢变魔术，来到实验室后的第一个作品是为自己的魔术表演制作一个电子操控人偶。他说：“实验室的理念令人兴奋，曾经以为个人无能为力的事，如今可以牢牢掌控。”
实验室常客戴维·巴克利是一名中年工程师，曾为博物馆和伦敦西区展览制作过各种机器人和电动宠物。他曾做过一个机器人，有点像英国著名科幻电视剧《神秘博士》中的机器人戴立克，双腿可遥控，深受女性喜爱。受此启发，他又做了一个迷你机器人班比诺，成本只有20英镑，可供小孩探索、玩耍。
走向市场
拉塞尔·克利夫顿想做一个可以背在肩上的新型童车。他希望在曼彻斯特实验室里完成这件作品，但又有些犹豫，因为实验室的理念是“共享”，一旦你走进实验室，就意味着你不再独享某个好点子，需与其他人分享。
“你失去了知识产权，任何大公司都可以汲取点子精华，并申请专利，”克里夫说。在他看来，这是实验室理念上最根本的缺陷。
不过，英斯利认为这个问题很好解决：“如果你想免费使用实验室，就请分享创意；如果想保守秘密，就请付费使用。这笔收入将用于支撑实验室里其他免费服务。”
英国商务大臣文思·凯布尔今年3月访问实验室时，强调需大力培养人才，因为他们的想法最终会变成实实在在的企业，促进英国经济发展。目前，慈善机构制造学会每年资助实验室25万英镑。
迄今，除马特的网线板球拍外，曼彻斯特实验室真正走向市场的发明屈指可数。尽管如此，英国著名设计师詹姆斯·戴森仍对实验室赞不绝口：“装配实验室提供了实验和创造的机会，把学校、企业和社区结合在一起，让每个人有机会说‘这东西是我造的’，并且解决了每天困扰他们的问题。”
英斯利说，实验室的主要意义在于“概念的证明”，证明想法切实可行。目前有几十家公司在与实验室接触，有兴趣生产那些原创产品。至于是哪些产品，英斯利表示是商业机密。
国际合作
由于实验室奉行“分享”理念，散落在世界各地的连锁实验室之间有广泛合作。
2008年12月，冰岛软件开发商斯马力·麦肯锡在阿富汗东部城市贾拉拉巴德一家医院里，利用当地实验室一台旧电视机天线，为这座城市建立了一个无线上网网络。
令人惊讶的是，这个项目并未受到的阻挠“他们可能会感到烦恼，因为我们带来了知识，鼓励女孩上学，但他们对此无计可施，”马肯锡说。这个项目得到来自欧洲、非洲和美国实验室的帮助。
荷兰阿姆斯特丹实验室经理阿历克斯·绍布惊诧于印度尼西亚假肢的昂贵，一只假腿售价高达3700欧元。他决定采用印尼盛产的竹子为原料，替代昂贵的铝，使成本降低至50美元。由于各个实验室拥有同样设备，阿历克斯的设计可以在印尼实验室复制。
“我们的期望是，到今年夏天，实验室每天可以帮助两名患者。他们早上来，下午便可以自己走着离开。”绍布说。
西班牙巴塞罗那的“野心”更大，打算在全市每个区成立一个装配实验室，用于开发制作个性化产品。该市市长在竞选时承诺，要把巴塞罗那打造成第一座“装配城市”。
太阳能技术已经日趋成熟，在城市中的应用也日渐广泛，但是能自然地融入城市，成为一道亮丽的风景，还不多见。
夜幕降临，五光十色的路灯和霓虹灯照亮了整座城市；而白天，它们则悄无声息地淹没在树木和喧嚣中。国外设计师受到启发，设计了一系列不同形状的太阳能发光树，取名uTrec Urban Photovoltaic Tree。
这些太阳能发光树采用现成的太阳能发电板，模拟自然状态的树木形状，有根部、有枝桠、有树叶，它白天采光、储存电能，晚上发出幽幽光芒，照亮城市。
这种树不用浇水、不用剪裁，可以自给自足，而且可以衍生为广告牌、交通红绿灯、温度讯、指示牌、时钟等多种用途，甚至还能提供公共WiFi，或者相互连接起来为车站、博物馆等公共设施提供电力。
前景
城市园林现在已经成为一个热门行业，从中诞生了很多上市公司。如何能让建筑既环保又绿色，还能和城市融为一体呢？太阳能发光树提供了一个很好的概念。
手机监测河流污染
技术
安卓系统是开源的，因此任何人都能合法地利用其强大的功能，比如说监测河流污染问题。
加利福尼亚大学近日启动了一项名叫“The Floatingsensor Project”的工程，目的是以第三方的角度研究监测污染对河流的影响。研究者将100多个装有移动传感器和检测装置的设备放入加利福尼亚最长的河流Sacramento河，传感器随着河水移动，并且能够发送移动信号，因此可以很容易地自动收集相关信息，比如废水、油污等污染在河流中扩散的情况。
整个传感器内置了防水的充电电源，特别附带了一个有GPS功能的Android智能手机，奥妙就在这里：通过手机上的软件实时监测传感器的数据，并随同位置信息发送给研究者的电脑。当然，手机也是防水的。
前景
据悉整套传感器仅花费了几千美元，远比官方复杂的设备和流程要简单、方便、成本低。重要的是，任何个人都可以藉此获得真实的第一手材料，研究者甚至希望该设备能成为未来美国甚至全球鉴定污染的标准工具。
电路自我修复
技术
你还记得《终结者2》里那个会自我修复的液态金属AT1000吗？现在，我们又向这个世界迈进了一步。美国伊利诺斯大学的研究团队研发出一种电子电路，当电路断裂时可以实现自我修复，恢复断裂电路的导电性。
研究人员将直径10微米的微胶囊沿着电路长度紧密排布，每个微胶囊里装满了镓铟合金的液态金属。一旦电路中出现裂缝，微胶囊就会释放液态金属，填充电路缝隙，恢复99%的导电性，使电路重新畅通。这项技术也可以应用于多层印刷电路板（PCB）上。不过，这项技术目前还不完美，胶囊开裂的可能性为90%，而且自我修复系统恢复的时间也只有数个微秒。
应用
在航空航天或重工业等工作环境恶劣的领域，设备运行疲劳或出现裂纹是不可避免的，查找和修复故障既费时又昂贵。这种技术使得人们不需要查明故障位置，而让设备实现自我修复。对于普通消费者来说，摔怀的便携式设备和电池可以在这种微胶囊的帮助下实现自我修复，从而提高设备的寿命和安全性，减少零配件的更换率，有利于减少有毒废物，保护生态环境。
柔性机器人
技术
在你心目中，机器人是否还是那种机械、呆板、庞然大物的形象呢？柔性机器人或许会改变你的看法。美国哈佛大学化学与化学生物学系的研究团队研发出一种柔性机器人，这种机器人能够爬行、改变步态，并能挤过障碍物。
研究人员乔治·M·怀特赛兹及其同事受到乌贼和海星等软骨骼生物的启发，使用柔软而富有弹性的聚合物制造了一个四足机器人，能够爬行和起伏运动。这个机器人的每条腿都能够独立控制，通过一系列的低压通道由空气压缩驱动。机器人能够穿过大多数障碍路径，并在1分钟以内的时间里通过执行一组协调性的运动从障碍物间挤过。
应用
传统的机器人往往使用轮子和刚性金属零件来制造，这些机器人往往笨重而又昂贵，能执行的动作类型有限，且无法通过特殊的地形。柔性机器人能够将简单的设计和复杂的运动结合起来，与金属机器人相比，更不易受到机械损害，也能够克服传统机器人的一些应用限制。
每秒拍摄5000亿帧照片
技术
高速摄影技术历来是摄影爱好者们的最爱，科学家们则在不断地追求极限。美国麻省理工学院（MIT）媒体实验室的摄影文化研究团队与该校化学学院的巴文迪实验室联合研发出一种新的成像系统一“飞秒”摄影技术。
这种成像系统在每秒内可拍摄5000亿帧照片，曝光时间短达1.7皮秒（1皮秒等于一万亿分之一秒）。如此快的摄影速度，足以拍摄光在一升容量瓶子中飞行的慢动作。这种摄影技术综合运用了飞秒激光、皮秒精度检测以及数学重建等技术才得以实现。
