耿逸芃手捧他設計的機器人,。

“我家住在高層建筑上,，每年都會有城市‘蜘蛛人’清洗高樓的外墻,，我覺得這非常危險,。”怎么才能讓高空作業(yè)不再使人提心吊膽呢,？北京四中高二年級的耿逸芃設計的一款體積嬌小,、移動精確的“步足式爬壁機器人”可以做“蜘蛛人”的替身，為人類排憂解難,。他的項目在剛剛結(jié)束的2016年全國青年科普創(chuàng)新實驗暨作品大賽上獲得了高中組亞軍的好成績,。

　　靈感來源：機器人替代“蜘蛛人”

耿逸芃說，隨著城市建筑的高度日益增加,，外墻作業(yè)不僅變得困難重重,，而且充滿了危險。這正是他的作品“靈感”的來源：設計一種可以在壁面移動的特種機器人,，可以代替人類去做一些難度大并且危險的任務，“利用機器人完成困難的高空作業(yè),，具有人類不具備的多種優(yōu)勢,。比如，尺寸小,、成本低,、不存在疲憊等生理問題等?！?/p>

為了設計,、制作出完美的機器人替代品，耿逸芃廣泛地查閱了資料,，他了解到：目前,，日本,、韓國、西班牙和國內(nèi)的許多高校都曾展開過適合高空作業(yè)的“爬壁機器人”的研發(fā)工作,，有些也已投入了使用,。不過，“目前的爬壁機器人普遍存在體積龐大,、行動不靈活,、成本昂貴、移動不精確,、吸附不穩(wěn)定等缺點,。”

針對這樣的現(xiàn)狀,，耿逸芃認為爬壁機器人作為一種新型特種機器人,，有著很廣泛的發(fā)展前景，他決定研制一款體積小,、吸附穩(wěn)定,、移動精確的步足式爬壁機器人。

　作品特色：機器人墻面能滾能走

耿逸芃希望能研制出一款外形小巧,、結(jié)構(gòu)簡單,、行動靈活且具有多種行走方式的爬壁機器人。

但怎樣才能讓機器人快速,、靈活地在墻面上運動起來呢,？一次在與家人下象棋時，棋子的滾落啟發(fā)了他的靈感：可以讓機器人在墻面翻滾起來,！他設計了“三段式”結(jié)構(gòu)——機器人由“吸盤足—機器人主體—吸盤足”三段構(gòu)成,。吸盤足的滾動可以帶動機器人在墻面上運動。

然而,，當機器人滾動向前時,，很難把握方向和角度的變化。尤其是耿逸芃還希望機器人除了在室外的高空作業(yè)外,，還能協(xié)助人們做一些室內(nèi)的工作,，這就更需要精確的行進方式。于是,，他又設計出了第二種行進方式——“雙足交替”式前進,。“在主體的兩端和兩個吸盤足的中部各安置一個舵機,，使機器人具有四個自由度,，這樣的設計可以使機器人精確移動到平面上任何的位置?！?/p>

“這個機器人實際上是一個高級的載具,，在主體內(nèi)添加不同的元件,，可使其完成不同任務?！惫⒁萜M介紹,，它同時具有完成：壁面上翻轉(zhuǎn)行走；壁面上雙足交替前進爬行行走,；壁面上完成精確轉(zhuǎn)彎,、移動；強吸附能力,；精確測距,，通過自動計算完成任意角度面轉(zhuǎn)換等任務的能力。此外,，它的重量不超過2kg,，可通過藍牙或其他方式遙控工作。他希望這款機器人能在偵察,、勘探,、監(jiān)控、反恐,、壁面清洗等領域發(fā)揮作用,。

　　創(chuàng)作難點：精確調(diào)試展現(xiàn)“工匠精神”

耿逸芃告訴記者，他設計的小型真空吸附步足式爬壁機器人利用真空泵產(chǎn)生真空轉(zhuǎn)化為吸盤的吸力使機器人吸附在壁面上,。而整個設計方案實施過程中最難的,，就是對舵機的扭力、真空泵的吸力和吸盤尺寸三個數(shù)據(jù)的不斷調(diào)試,、斟酌,。“其中任何一個參數(shù)的不合理,，都可能導致其他參數(shù)沒法‘達標’,。比如，如果真空泵重量過大,，就可能會導致舵機力量不足,；而舵機旋轉(zhuǎn)的角度稍有偏差，則會導致吸盤無法精確吸附墻面,。因此,，我在三者的調(diào)整上糾結(jié)了很久,，中間也換過不少次配件,，還摔壞過一個基本制作完成的機器人。付出了許多成本和時間,?！?/p>

在科普作品大賽的決賽上,，一位評委用“工匠精神”來評價耿逸芃的機器人作品。而耿逸芃自己也說,，這個機器人的結(jié)構(gòu)設計非常精致,，花了很大心思，“為此自己也感到很自豪,?！庇捎诟髁慵植己懿灰?guī)則，想要把它們固定在一起需要非常復雜的設計,，因此,，耿逸芃最開始計劃采用3D打印的方式，完成機器人外觀的制作,。不過,，很快，他便打消了這個念頭,，“3D打印的成本過于高昂,，需要的經(jīng)費比其他所有配件加起來都多?！庇谑?，耿逸芃決定自己測量、切割,、制作,，“每一個孔都是自己動手打的，每一個部件都是親手組裝的,?！?/p>

其中最困難的，要數(shù)吸盤的固定,，由于吸盤是機器人受力的主要部位,，因此僅使用膠水固定總覺得不太牢靠。怎么辦才好呢,？耿逸芃經(jīng)過一番冥思苦想,，最后靈機一動：“可以采用中國古建傳統(tǒng)的連接方式——榫卯結(jié)構(gòu)?！痹跈C器人主體掏一個洞,，將吸盤嚴絲合縫地塞進去，“甚至連膠水都不用涂,，就非常結(jié)實了,。”

　　項目前景：“二代”機器人更加智能化

“過去，人形機器人十分昂貴,、高端,，但隨著科學技術(shù)的發(fā)展進步，如今它已經(jīng)走進了人們的家庭中,。同樣,，雖然現(xiàn)在爬壁機器人還非常小眾，但我希望有一天也能在人們的生活中起到重要的作用,?！?/p>

目前，機器人已能通過手機端實現(xiàn)控制墻面翻滾,、雙足交替行走和轉(zhuǎn)向等功能,。他希望在不斷的改進中，還能遠程操作機器人完成更加精確的動作,，“比如,，在手機上輸入一個角度，機器人可實現(xiàn)精確的旋轉(zhuǎn),；輸入一個坐標,，機器人就能自動移動到相應的位置?！?/p>

耿逸芃說,，如今這款機器人只是一個“樣機”，還存在著有待改進之處：如,，只能在摩擦力較固定的粉墻,、玻璃板或塑料板上運行，“如果平面更加光滑,、更加粗糙或墻面條件更為惡劣,，都容易吸附不住掉下來?！?/p>

“接下來我希望能讓機器人更加智能化”,，耿逸芃說，建議目前已完成的機器人為雛形,，設計制作改良版的“第二代機器人”,。通過更換參數(shù)更加強大的配件，使機器人能夠在更加“惡劣”的平面上實現(xiàn)工作,。

（原標題：北京高中生設計機器人替“蜘蛛人”高空作業(yè)）