一年一度的學界RCJ青少年機械人世界杯快將來臨，各位健兒們已經作好一齊整準備嗎？該項綜合教育與科技的國際性的活動，目標是推進人工智慧與機械人技術 的研究。並為青少年朋友提供一個瞭解國際最新機械人技術、開拓視野的機會。參賽者可參加的比賽項目有足球、舞蹈、營救三個，而每種挑戰項目均同時強調合作 和競爭兩方面的能力。本章就來為大家介紹營救機械人的製作和編程技巧吧！
紅外線感應原理
| 在 營救比賽中機械人需要沿著地上的黑線行走，當走過綠色或銀色的傷者時就需要作出示意信號。而透過紅外線感應器來判斷機械人是否正沿著黑線走是一個較簡單的 方法。感應器會主動發射出紅外線，然後再接收經反射回來的紅外線，藉由紅外線的強弱得知感應器的位置。因為不同顏色的表面對紅外線吸收能力各有不同。例 如：白色表面的東西吸收紅外線能力會較低；黑色表面的則很強。我們便利用這點將紅外線感應器安裝在車頭底部，若感應器接收到紅外線時，表示在白色表面上。 若信號很微弱則表示在黑色表面上。 |  |
硬體設定功略
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首 先，需要考慮的是紅外線感應器安裝的高度和靈敏度的調節是否合當。此步驟絕不能馬虎，因為它會直接影響機械人辨別顏色的表現，所以我們需要透過多次的量度 和測試從而調校出感應器合當的高度和靈敏度。由於紅外線感應器的對光線頗為敏感，所以比賽時場地燈光一般都會較暗，但謹慎一點總比較好。大家應儘量避免將 紅外線感應器直接外露出來，特別是沒有外罩的感應器就更需要留意，例如可加上盒子在感應器上進行遮蓋。
另一項是感應器與輪胎安裝位置的配合，雖然較少人會注意這一項，但是它們卻有著微妙的關係。 假設感應器安裝在機械人前方，輪胎的安裝位置便有前、中、後三個選擇。若機械人左邊輪子向前轉一圈，你會發現如果感應器安裝的位置是靠近輪胎轉軸的話，機 械人的轉向對感應器的位置偏移會較大。相反輪胎安裝在較後位置，感應器和輪胎轉軸的距離會較遠，結果轉向後感應器的位置偏移則會較少。 在比賽中彎曲的路徑時常可見，甚至有可能出現手臂彎。如果想機械人在轉彎時有突出表現，那就需要在感應器和輪胎的安裝位置，以及編程方面下功夫吧。 在 比賽中機械人需要攀上一道斜坡，雖然傾斜度不會超過25度，但也有機械人是攀不上的。如果大家不想在該部分失分，在選擇馬達、齒輪比、輪胎類型(如防滑、 海棉)等方面就不容忽視了，如有必要甚至可使用覆帶。可以的話最好搭建一條以比賽為標準的斜坡進行測試，這樣便可把出錯的機會減至最低。 機 械人在攀登斜坡時，有以下四點需要留意：1)機械人的重心；2)速度(扭矩)；3)開始上斜；4) 完成攀爬。當機械人在水平的地面行走時，即使機械人的重心被分散，其影響亦不大。但當機械人要攀上斜坡，若重心太後就會很容易翻車。而機械人無法在斜坡上 前進一般是以下兩個情況：1)機械人在斜坡上下滑但輪子卻是轉動著。這表示輪胎的馬達扭力不足，你可透過增加齒輪比來提高扭力，然後觀察機械人是否能停留 在斜坡上甚至往上爬。2)機械人在斜坡上下滑，但輪子是不動的。則表示你的機械人太重了，馬達沒有足夠力量負載上斜，你可選擇減輕機械人重量或更換較大輸 出的馬達。若調試過後，機械人可以停留在斜坡上或往上爬，便可以續漸增加馬達轉速以找出機械人理想的行駛速度。 |
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此 外機械人的設置(如：輪胎離地距離、頭車的設計)也會影響其上斜和完成攀爬時的表現。當開始攀上斜坡時，如果機械人前面的部分離地太近，可能會使輪胎懸掛 在水平面和斜面之間，結果機械人無法攀登斜坡。另一情況，是當機械人剛要走出斜坡時車身底部陷入斜面和水平面之間。所以大家在組裝你的機械人時都應留意這 一點。 編程小貼示 在 開始編程前，紅外線感應器對場地的數據收集是不可缺少的，而且這個步驟亦非常重要它將影響勝負關鍵。紅外線感應器一般是透過量度電壓或程式得出數據的。在 數據收集時，先把裝置在機械人上的紅外線感應器分別放到銀色人體 (最亮)、地板、綠色人體、黑線(最暗)上，然後將結果記錄下來以作編程之用。 由 於每個選手的機械人感應器安置和軟件的語法支援都可能不同，所以在編程時可以有很大的差異。就以下圖而言，左邊機械人的兩個紅外線感應器都是裝置在黑線 上，當有感應器偏離黑線時機械人就需要轉向進行修正。而右邊機械人兩個感應器則裝置在黑線兩旁，若感應器在黑線上機械人就需要修正了。 在 談及營救機械人編程的思路前想讓大家知道，比賽的路徑也可區分為有交叉(或T字)和單線兩種類型。而使用的光感應器數量，可分為一顆或以上，兩種不同的設 計。按下來我就以這兩種設計為大家講解，先假設紅外線感應器對地板和黑線量度的數值如下：地板：51或以上；黑線：50或以下。 |
機械人的重心太後很容易在斜坡上翻車 |
 感應器裝置於黑線上(左邊)，於黑線兩旁(右邊) |
 機械人的運動方式 |
 流程圖1 |
流程圖1其內容的意思是： 機械人會根據紅外線感應器數值判斷位置，其程序如下： 1)機械人右轉直到感應器於黑線上； 2)機械人前進直到感應器於地板上； 3)機械人左轉直到感應器於黑線上； 4)機械人前進直到感應器於地板上； 不斷循環執行以上程序 那麼使用兩顆光感應器的機械人又會怎樣的呢! 那兩顆光感應器就會安裝於軌跡線的兩邊，透過左右兩邊感應器的數值執行對應的運動，大家先看看以下的流程圖。 |
| 流程圖2也並不難理解，其內容的意思是： 該程式會不斷循環執行，並根據左右兩邊的紅外線感應器數值執行以下運動 兩個感應器都於地板上 ---機械人前進 只有左側感應器於黑線上 ---機械人左轉 只有右側感應器於黑線上 ---機械人右轉 兩個感應器都於黑線上 ---機械人停下(視比賽而定) 雖 然看上去程式結構會複雜一點，但層次不是也分明一點嗎?還有現在交叉或T字路段都不會難到你了。而你會發現兩個流程圖都沒有提及機械人轉向時的速度、時間 和轉向方式，因為這一點是要大家透過實際調試才可找出理想的設定。但提提大家機械人移動的速度不宜過快，否則機械人很容易會誤判路線。而辨別傷者和迴避障 礙物的部份，就要大家自己去鑽研了。各位參賽的健兒們繼續為你們的機械人夢奮鬥吧! |
 流程圖2 |
