粤剧机器人研制报告.doc

澳门坊众学校EMM澳坊高中创意粤剧大使-人型机器人郭海如 陈嘉丽一 人型机械人的创意来源与概念：2009年10月2日，经香港民政事务局确认，联合国教育、科学及文化组织正式批准粤剧列入人类非物质文化遗产代表作名录，显示粤剧艺术得到联合国的认同和肯定。然而，随着时代的变迁、社会的发展、流行文化的吞噬以及文化断层的影响，粤剧逐渐式微，粤剧变得越来越少人欣赏和学习，年青一代更认为这种有几千年历史的中国精瘁是落伍的传统项目，没有人爱接触，爱听、爱看、更遑论爱学了，粤剧的传承，像许多其它的地方戏曲一样，面临严峻的挑战。而政府和一些粤剧爱好者也开始意识到这一点，他们为了让这项文化得以保留和传承，便以文化部门和民间组织为牵头羊，主办及推广很多不同类型的群众性粤剧表演活动。然而，作为龙的传人，我们亦希望可以好好保护粤剧这样优秀的非物质文化遗产，重建粤剧在新一代心目中的地位；所以，我们希望值着机器人与人的互动表演向更多的人宣传和推广粤剧。要做一个能跟人互动的机器人，我们想到了做一个一比一的人型机器人，利用待服马达来模仿人的关节、模仿出人的动作，再配合上粤剧曲目来演出。在外型结构上，我们希望机械人能够表现出人体的线条美，为了解决一比一的问题，在外型结构上，必须用最轻又坚固，而且不易碎的物料来做，所以我们经过一番的考良后，最后决定用瓦楞纸。这样还可以配合环保的潮流，用最低的成本和最普通的材料来制作，这样既环保又便宜。的确，科技的发展真的为人类带来了很多不同的益处，缩短人与人之间的距离，还让人类的生更加便利，但在现今这个最注重科学技术的世界里，在很多的科学研究上，人类都损耗了很多资源和能源，常有环保人士对此表示强烈的不满，因为我们在这次的比赛构思上，加上环保的概念，在机械人的结构上运用了瓦楞紙，这个构想既能符合经济原则，又能带出环保的信息，真是一举两得。用机械人来表演粤剧，除了可以吸引更多不同人的目光和好奇心外，也是让环保、文化与科技相结合的好机会。二人型机械人摘要：粤剧是中国传统文化表演艺术，也是世界非物质文化遗产，但近年来，越来越少人要欣赏和学习粤剧，也很少能与年青人接触，这种中国传统民间艺术因而日渐萎缩。所以，我们希望值着机器人与人的互动向更多的人宣传和推广粤剧。我们选用瓦楞紙来制造出一比一的人型机器人，再利用待服马达来模仿人的关节，模仿出人的动作。再配合上粤曲来演出。而我们所选取的曲目是在粤剧界中很有名的帝女花，在粤港澳是为人熟悉的粤剧之一。希望藉着这吸引更多人注意。在外型结构上，我们结合了环保的概念，用瓦楞紙来构造身体，希望用一些平面来镶嵌成立体，这样除了有结构感和美观外，还可减轻它的质量，方便拆散和重装。所以利用计算机画图，然后再利用激光切割机切割出。我们的人型机器人双手和头的关节位共使用了10个伺服马达，我们打算用铝版来连接上下手臂。先用计算机画图，再用CNC雕线切割机来切割出，再屈曲成U型结构，再与待服马达的两边相接。下身方面，瓦楞紙结构的外型，加上底部底部十字型的结构加上四个马达来控制机器人，写入程序使其行走自如。我们的人型机器人，分别由上身和下身两个独立的机器人结合成一个机器人，彼此相互合作从而表现出一个整体。我们的机器人结合了环保、文化与科技，完全表现出现今世界的理想。三基本思路与制作过程：在确定了制作人型机器人之后，首先，我们考虑到结构问题，相信大家也玩过类似右图的模型，而我们的灵感也是由此而生的；我们想到运用右图的模型一样的方法用一些平面图形来镶嵌成立体，这样除了有结构感和美观外，还可减轻它的质量，方便拆散和重装。1. 尝试制作出一边的手臂在选择材料方面，我们希望可以用较轻的材料瓦楞紙。但因为老师说激光切割机只可以切割胶版，所以，先制成第一个成品，是用亚克力胶所制成的关节。2. 材料的选取由于亚克力胶有一定重量，所以希望可以改用瓦楞紙，但由于镶嵌位置大小和形状需要很准确，但我们未找到可以切割瓦楞紙的机器，所以，一直在寻找，最后，我们决定尝试用激光切割机来切瓦楞紙，结果正实，原来也可用激光切割机来切瓦楞紙。所以就成功地制作出手臂，然后再用同样的方法制作身体。3. 关节的结构与镶嵌我们的人型机械人双手和头的关节位共使用了10个待服马达，我们打算用铝版来连接上下手臂。首先，是用计算机画图，再用CNC雕线切割机来切割出，再屈曲成U型结构，再与待服马达的两边相接。双手则在上身的中间放一条长的角铝来平衡连接双手，最后在这条角铝的中间加上一条垂直它的角铝来连接控制头部的待服马达。4. 下半身与支撑上身的支架首先，用计算机画出下身的瓦楞紙结构外型，用激光切割机来切瓦楞紙下身；底部是两条十字型的角铝，再在十字的中心加上两条竖直的角铝，再与上身连接双手的角铝连接，然后再套入用激光切割机切割好的瓦楞紙下身，就成功令机械人可以自己站在地上。然后，再在底部十字型的结构上加上四个马达来控制机械人，写入程序使其行走自如。5. 舞台的设计与构造过程：(1) 背景架本来我们打算设计一个长为3m寛为0.4m高为2.5m的长方体框架。在前面是一幅深蓝色的珠帘，而后面是一幅亭台楼阁的风景画,衬托出舞台的故事背景，在前后的背景都有LED灯在边闪动，因剧情的需要而闪动得快或慢。深蓝色的珠帘和亭台楼阁的背景能够营造出一个宁静和喜中带悲的场景。后来因运输的问题,而改用了一个带轮子和可伸缩的架子作框架，解决在运输方面的问题。这样既方便携带，亦较容易镶嵌；同样，在架子上我们会用一块深蓝色的布作背景.在布上我们会用黑色颜料绘画出亭台楼阁，给故事背景营造出深夜的环境，而用黑色的颜料绘画能带出一种约隐约现的视觉效果。(2) 蜡台在舞台右侧放置一张以角铝及铝条为材料镶嵌而成的桌子，再铺上一块大红色的布，带出成亲的喜庆,在桌上放上香炉,蜡烛等祭品，符合了舞台剧的需要。之后再加上落叶，令气氛更加萧条冷落。四科学性实用性创新性：我们的机器人正是利用西方的科技来推广东方源远流长的文化遗产，把文化和科技双结合。首先上身的控制板是控制头部和双手的活动，共有10个伺服马达，自由度非常大，一般的人型机器头部的自由度都比较低，而我们的机器人却非常灵活，可以上下左右全方位活动；而双手就有个自由度组成，能够完全能灵活地做出人类双手的动作，而下身，都为考虑到粤剧的动作不需要下身太大的动作，所以我们在下肢的底部加上四个全向轮来控制机械人，所以说，我们的机器人在平面是可以全方位走动的。这正是结合两个完全独立的机械人，使其相互合作来结合成一个整体来运作。在现今的仿人机器人的应用上，因其具有人类的外观，可以适应人类的生活和工作环境，代替人类完成各种作业，并可以在很多方面扩展人类的能力，在服务，医疗，教育，娱乐等多个领域得到广泛应用。而我们则把它应用在宣传和推广中华文化和艺术的领域上，也算是另一个新的范畴。在21世纪这个崇尚科学的世界，人类渐渐的忘记源远流长的历史文化和艺术。而我们正是希望可以唤醒大家对历史文化和艺术的关注和尊敬，所以就想到要做一个一比一的人型机械人来宣传和推广粤剧。我们的灵感也是在立体模型玩具中想出来的；就是用一些平面来镶嵌成立体，这样除了表现出人体的线条美和结构感外，还可减轻它的质量，方便拆散和重装。为了解决一比一的问题，在外型结构上，必须用最轻又坚固，而且不易碎的物料来做，所以我们经过一番的考良后，最后决定用瓦楞纸。这样还可以带出环保的讯息。我们的机械人结合了环保、文化与科技三大重点。五. 改进与完善的设想:第一代人型机器人是由八个伺服马达构成的。起初，我们是用Coreldraw画图再用激光切割机切割出来。本来打算用压克力胶作材料，但郄因为重力不均的问题，而导玫人型机器人手部活动偏离预期，导致动作未能完成。后来经过多次的调整，效果仍未如理想。故此，最后小组只能“忍痛”放弃采用压克力胶此原料，改用瓦楞纸。用瓦楞纸有四大好处：1. 瓦楞纸要比压克力胶可以解决重力不均的问题2. 瓦楞纸具有柔韧性3. 借用瓦楞纸制造机器人可以推广环保4. 瓦楞纸携带会更为方便虽然小组用瓦楞纸解决了重力不均的问题，但仍存在些问题还没解决的，例如：由一开始只有八个自由度，虽然它能模仿着人的动作，但是某较为细致的动作还没能做到，为了解决这个问题，我们小组决定在它的胳膊上加多二个自由度，这样就可以大大地增加了手臂活动范围，更能把人的动作模仿得淋漓尽致。在此之后，我们又听取了许多专业人士及老师的意见。经过多次改进用瓦楞纸告成的机器人终于合乎原设想。这个重大的改进令全组人都雀跃不已。但机器人始终由瓦楞纸组合而成的，故外观仍未臻完善。由于我们最初的构想，是以人型机器人推广中华精粹粤剧。所以，我们决定为机器人的面谱，再加上眼睛、眼睫毛、画上眼线，并用化妆品给它化上妆。现在我们给它戴上假发，穿上表演戏服，它已与人没有什么差异。六. 总结与展望：在过往的比赛中，许多机器人都是较为细小的,动作都不太灵敏,因为较细的机器人很难与人有互动的表演.故此在过往的比赛中都欠缺人与机器人的互动。所以我们就想创造一部一比一的人型机器人，而我们又在一个偶然的机会下得知粤剧就要式微的消息。故此，我们就想到利用机器人来推广粤剧,希望借助人型机器人这个焦点,引起世界各地的人民对粤剧的关注。在制造机器人的过程，少不了的就是组员与组员间的意见不合，每当意见不合时而争吵时我们都会想起当初一起制作机器人的初衷，之后我们都会从众多的意见中选取最好的，再加以改良。我们都是第一次制作和接触机器人，有许多的制作我们都不太懂，我们都要从一步一步地学习和了解.在选取零件方面，我们也试验了许多次才能把零件给订定好。在机器人调试的过程中，我们也反复地试验了好多次，才能把程序调较到最好。在这有苦有甜，一齐努力制作机由一到零，虽然很辛苦，但每当你见到制作的成果，你会觉得辛苦并不是没有回报的。以人型机器人作为一个新的焦点，人表演粤剧：许多人都看过，但机器人表演粤剧，你又看过没有？以机器人用作表演粤剧，这个作为一个亮点，能吸引更多青年的关注，从而推广粤剧，还希望以机器人作为粤剧的初步教授，再由“人类”导师作为后期的加工，令人类与机械人这一对“另类拍档”能走向世界。机器人能切实地应用在现实之中，这是我们最初整机器人的初衷，亦都是我们最希望实现的。七. 機器人的外部結構圖：