學生自行製作遙控 Arduino 機械人

學生自行製作遙控 Arduino 機械人

看罷題目,應該不少人會懷疑遙控機械人的設計,若是小學生製作,是否嘩眾取巧,或是昂貴精英訓練,更甚是父母又要開始代工?答案是以上皆非。今次採訪是上月仁濟醫院靚次伯中學籌辦的免費活動。

遙控車升級機械人

與去年不一樣,今次製作班是遙控機械人,並非只是遙控車。看似大幅升級,但負責籌備活動的劉偉成老師坦言,實際設計並不複雜,沿用了去年的基本元素,主要是限時兼避開障礙物,並以 Arduino 底板為基礎。今年是在車轆上面加入 Servo 部分,以模擬機械人手部,用作推開障礙,並加入超聲波感應器,兼可當作模擬眼晴。

插線連接方面,因 Arduino 本身有插口位,用熱溶膠固定位置,避免用焊石,減低工序繁複和危險性。

插線連接方面,因 Arduino 本身有插口位,用熱溶膠固定位置,避免用焊石,減低工序繁複和危險性。

底板的結構及組裝有更改,新版( 右) 比舊版(左)底部更小巧,並沿用索帶,可避免鏍絲鬆脫。

底板的結構及組裝有更改,新版( 右) 比舊版(左)底部更小巧,並沿用索帶,可避免鏍絲鬆脫。

做機械人的要點之一是學會善用 Servo。傳統摩打只能直接轉動,大部分用於前後移動。Servo 的優點是有角度和力度控制,能掌握此技術才能製作複雜機械及機械人,例如掌握 2 個 Servo 就是左、右手,再加一個就可剷泥,再加一個就可以做起斗,也就是任何類型的機械。

今年比賽加入障礙物的部分,學生需組裝機械人後,需利用機械人手將障礙物移走。

今年比賽加入障礙物的部分,學生需組裝機械人後,需利用機械人手將障礙物移走。

靈活運用 Servo 的示範,圖中的機械人雙腳底改用 Servo,就可以模仿 Moonwalk 跳舞。

靈活運用 Servo 的示範,圖中的機械人雙腳底改用 Servo,就可以模仿 Moonwalk 跳舞。

此外,加入 Servo 與感應器,最大的分別是令變化更多,設計更有趣。當學生能理解各部分功能及組合時,就能有不同的變化組裝。相同的概念也可於程式設計上,學生自行理解不同程式後,如工作坊教授是 Pocket Code ,回家後也可用 Scratch 開發感應器功能。

加入多元素 醞釀多變化

靚中設計的計劃是期望學生於參加整項活動後,能靈活運用不同知識。一般製作機械人,大多是教授製作自動機械人,正由於留意到部分小學已開始引入 mBot,有自動化操作理念,因此工作坊集中於教授製作搖控機械人的技巧,甚至是將兩者結合的概念。換句話說,相同一套硬件的機械人,有三種操控方法。

摩打垂直設置是一個全新設計,並加入 Servo 作手臂。劉老師提醒使用物料,可以就地取材,毋須必定是亞加力膠, Lego 、立體打印等均可。

摩打垂直設置是一個全新設計,並加入 Servo 作手臂。劉老師提醒使用物料,可以就地取材,毋須必定是亞加力膠, Lego 、立體打印等均可。

運用各項元素,可製作機械人外,也可設計生活智能用品,如圖中手機三軸穩定器,2個 Servo 和 Arduino 底板, 並配合程式就可以。

運用各項元素,可製作機械人外,也可設計生活智能用品,如圖中手機三軸穩定器,2個 Servo 和 Arduino 底板,並配合程式就可以。

於設計外,劉老師提醒有興趣學習類似方案的人,也可留意整項設計無論是由底部至機械手的部分,除 Arduino 是固定硬件外,可以更換任何物料組裝,如 Lego、立體打印等,不限於亞加力膠片,剛校選擇用亞加力膠片的原因是能快速製作,方便教學,建議選用身邊已有的資源或物料已可。

小學生眼中的活動

至於小學生對活動有甚麼觀感?天主教聖安德肋小學五年級學生阮穎妍表示過往在小學有參加製作 mBot 機械人,但該類型的機械人只依靠編程自動操作,與遙控機械人是各有優點。不過,阮穎妍明確表示較喜歡是次學習的機械人,最主要是操控感更好更仔細,例如能控制隨時轉彎和加速,趣味性較大。此外,她最高興是參加活動後能擁有一部機械人,她預計於暑假期間能再次自行改良設計,例如修改程式參數查看效果,也可更改 Servo 方式,由單一的 Servo 變成運用多個 Servo,或可製作機械臂的部分。

天主教聖安德肋小學(右一)黃家輝老師,與三位學生參加第二屆 Android 遙控機械人製作班及比賽,(左二)阮穎妍獲得速度賽亞軍。

天主教聖安德肋小學(右一)黃家輝老師,與三位學生參加第二屆 Android
遙控機械人製作班及比賽,(左二)阮穎妍獲得速度賽亞軍。

天主教聖安德肋小學學生阮穎妍表示速度賽僅以 1 秒落敗,但她最期望的是在暑假期間能繼續改良機械人。

天主教聖安德肋小學學生阮穎妍表示速度賽僅以 1 秒落敗,但她最期望的是在暑假期間能繼續改良機械人。

從同學身上,不難發現小學開始培養 STEM 興趣有一個優點,就是學生仍處於對學習性別平等的時期,同輩間不會流傳女生不懂機械的觀念,繼而影響學生發展。以今次受訪學生為例,雖然只是小五學生,經過完整的培訓,既有獨特的思考能力,也有精確對機械的理解能力,最令記者驚訝及難忘的是訪問期間,學生對機械產生科學興趣,躍躍欲試,對知識有求知的笑容,正確的引發自學莫過於此。

活動比賽結束後,記者向劉老師查詢該校明年的發展。劉老師表示由於初中的 STEM 方案已完成,他們正努力嘗試將 STEM 加入高中課程內,然而眾所周知,DSE 課程編排緊密,因此會將 STEM 活動融入當作實驗,而不是另增內容,例如物理實驗,就加入車速測試。生物課上,已開始逐步推動,由於並非另行設計,且能配合老師專科專長,目前進度理想。

仁濟醫院靚次伯中學劉偉成老師表示該校初中 STEM 課程已完成,圖中正是其中之一的飛行方案。

仁濟醫院靚次伯中學劉偉成老師表示該校初中 STEM 課程已完成,圖中正是其中之一的飛行方案。

下學年會製作 MobBob,簡單來說是手機變成機械人的表情,十分可愛。

下學年會製作 MobBob,簡單來說是手機變成機械人的表情,十分可愛。

下學年會製作 MobBob,簡單來說是手機變成機械人的表情,十分可愛。

下學年會製作 MobBob,簡單來說是手機變成機械人的表情,十分可愛。