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設計羽毛球機械人 青少年初嘗合作重要

發佈時間: 2016/01/19
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在新公布的施政報告中,中小學課程上將重點推廣以融合科學、科技、工程和數學(簡稱STEM)的教育模式,以砌模型車、機械人等方式靈活學習數理等知識。有大專講師相信,此方式能夠邊學邊理解原理,學生能應用知識外,還要學習放下個人的執着,面對現實的限制,是不錯的成長體會。

黃偉星提起羽毛球向前發球,「對方」迅即反應過來,「唧」的一聲同時使出五枝球拍,萬無一失地把球打回去。怎麼能夠同時揮動五枝球拍?是的,這名「對手」的來頭不少,「他」是一名羽毛球機械人,當有球打過來,「他」體內便充滿氣體,氣體帶動旁邊的鋼絲,霎時間機械人的五枝球拍擺出「下手」接球的姿勢,五枝球拍合起的接觸面,能夠輕易地擋住羽毛球,並把球重重地打回去。

接發球了得

以氣體拉動鋼絲控制球拍,機械人背後由人來掌控控制器。謝梓晴同學判斷對方的球路,按動手中的遙遠控制器,把汽水瓶內預先儲存的氣體釋放,造成動力拉動鋼絲,鋼絲啟動其他氣體瓶釋放壓力,引進預先固定好的五枝羽毛球拍,造成一個寬闊的接觸面,更容易的接住對方的球,並打回去。要打「上手」的話,則需要換上另一部原理相同的機械人,負責接「上手」球。這名由香港專業學院設計的機械羽毛球手,去年參加「全港大專生機械人大賽2015」,與六間大專院校的青少年比賽羽毛球,因為接球及發球了得,獲得全場亞軍。

成功的背後,機械人能完美地做出動作一點不容易,負責設計的同學們都上了寶貴的一課。在IVE實驗室內,機械人原來有兩個版本,一個是獲獎的鋼絲版本,另一個則由「唧筒」直接把氣體引進球拍,以強大的壓力驅動五枝球拍接球。兩個版本分別組成兩隊參加比賽,最終鋼絲版勝出。負責帶領比賽的香港專業教育學院(青衣)工程系講師梁偉豪說:「『唧筒』直接打入氣體,能更有力地驅動球拍,但衝力太強球拍未必能穩定接球,而且衝力強零件容易耗損。」

創意與現實

做機械人設計,梁認為「穩定性」十分重要。同學們最初的想法很有創意,希望同時能夠應付「上手」及「下手」球,但這樣的話便要計算羽毛球從不同角度傳來時的速度及力度,還要計算場地的風速,這些都令設計變得複雜,不容易穩定地接球及回擋。負責維修羽毛球機械人的黃偉星及謝梓晴同學,感悟到創意與現實的不同,都明白機械人能持續地打出穩定的球,比任何華麗設計更實際。

思想更踏實

政府將在中小學更積極推動STEM,以創作諸如橡皮筋動力車等模型,靈活應用數學及科技等知識,梁偉豪十分贊同。他說:「製作一部機械人,每一個零件都受實際情況限制,影響效果。」這次羽毛球機械人的四個輪,便需要安裝懸掛系統,以減低地面不平的影響。接觸機械人以來,謝梓晴明白在書本中計算物件的「Efficiency(效能)」,在現實中會受不同的環境影響,沒創作過模型沒法明白當中的變化,她與同學們都開始放下個人主觀的想法,相信先尋求穩定而有效方法,根基穩固後才往美觀上發展。面對困難也如是。

撰文:馮淑嫻(lydia.shfung@gmail.com)

攝影:Lego

編輯:余敏

設計:梁政敏