基本介紹
- 中文名：幾何機器人
- 外文名：Geometric robot
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概念
姚燕安講解幾何機器人
幾何機器人是北京交通大學教授姚燕安基於多模式整體閉鏈連桿式移動系統，發明創造的機器人新概念。幾何機器人設計理念源於幾何學。套用機械科學製造三角形、四邊形、四面體、立方體等物理實體，用電動機驅動並以計算機進行自動控制，使這些實體形狀可變化且可在地面遙控或自主滾動、步行或爬行，成為“平面幾何圖形機器人”或“立體幾何圖形機器人”。幾何機器人以幾何、運動學和力學知識為基礎，並融合了電子和計算機軟體技術，與青少年的知識結構無縫銜接，為科教領域提供了將數學與科技巧妙聯繫的“絕佳載體”。
種類
滾動三角形機器人
將三角形的頂點進行鉸接(兩條邊在鉸接點處可以轉動)，各邊採用電動推桿作為動力。通過調整電動推桿的長度，使機器人的重心發生變化，當重心超出底邊的支撐區域時，機器人發生傾倒。重複這個過程，滾動三角形機器人即可以實現直線移動。如果在三角形機器人下方安裝兩隻"腳"，那么它就可以實現步行了。
六邊形機器人
與幾何學中的六邊形類似，在每個頂點處設定轉動鉸鏈，使它獲得變形能力。從中不難發現，隨著邊數的增加，機器人的變形能力也在逐漸增強。六邊形機器人可變形為：三角形、四邊形、五邊形，甚至可以模仿履帶的方式進行滾動運動。
繼續增加邊數，我們可以獲得更為複雜多變的多邊形機器人，如模擬六角或八角雪花形狀的雪花型多邊形機器人等。以立體幾何中的空間多面體為基礎，可以構造多面體機器人，包括四面體機器人、五面體機器人、六面體機器人，以及削楞截角多面體機器人等。
此外，將摺疊縮放技術與幾何機器人結合，還可構造出各種外形可以變大或變小的機器人。
雪花機器人
源於“雪花機構”，即呈現雪花形狀的連桿機構，其基本構型呈六角形，也可通過改變邊角數量的方式創造出八角、十角、十二角等系列化的多角雪花機構。以電動機提供動力，“連桿機構”即成為一部“連桿機器”，“幾何機構”也即成為一部“幾何機器”。在幾何機器的各連桿之中，需要選出一個桿作為固定的機架，稱為“機架桿”，其他各桿均參照機架桿做相對運動。
如將“雪花機器”解除機架桿的束縛，整體置於地面，並以計算機進行移動控制，“雪花機器”即成為可移動的“雪花機器人”。雪花機器人還具有另一大亮點——機械智慧型性：其一，傳統智慧型機器人如遇障礙，先由感測器感應到障礙的方位，將信息傳遞給控制器，再由控制器下達相關的避障命令。而雪花機器人可以通過自身結構及力學特性感知障礙物的存在，實現主動避障；其二，雪花機器人具備被動行走能力，即在未加裝電機的情況下，可以沿緩坡自動行走，其步態優雅靈慧，極具美感。
以四個雪花機構替代傳統輪式機器人的車輪，即可獲得變形輪機器人。變形輪機器人在常規路面上以圓形輪快速移動，在障礙路面上則變大輪徑進行攀爬。倏忽變化，越障如平地。
套用
幾何機器人的套用定位，是現有機器人難以通過的極端複雜障礙環境，包括民用搶險救援嚴重破壞路面、軍事野外作戰動態變化地形，以及星球深度探測未知複雜表面等。截止2014年國際上只有美國航空航天局正在研發一款用於月球北極複雜地形深度探測的四面體機器人。
除了開展民用和軍用研究，姚燕安發現幾何機器人因其與數學知識和物理學中運動學和力學知識的緊密聯繫，以及具有前沿性和趣味性，非常適合青少年科技教育，所以他還投入大量時間和精力推廣幾何機器人在青少年科技教育方面的套用。姚燕安及其團隊開發了基於視頻手勢識別技術的幾何機器人，人們可以通過手勢控制機器人的動作，使多個機器人排列成不同的隊形。這種人機協作表演的方式，顯著提高了互動娛樂性，增加了學生學習的興趣。同時，結合青少年的知識結構，開發出一批'幾何故事'表演劇目，包含如“會走路的三角”、“翻跟頭的四面體”等故事情節，增加了文化內涵。
外交
姚燕安向兩位第一夫人介紹幾何機器人
姚燕安向兩位第一夫人介紹幾何機器人
姚燕安向兩位第一夫人介紹幾何機器人2014年3月21日上午，姚燕安在北京師範大學第二附屬中學，為中國國家主席習近平夫人彭麗媛與美國總統歐巴馬夫人米歇爾講解了“幾何機器人”。姚燕安向兩位第一夫人介紹了幾何機器人以及自己提出的MSEA教育理念，即以幾何機器人為載體，將數學（Mathematics）、科學（Science）、工程（Engineering）和藝術（Art）相結合，旨在培養學生的嚴謹思維、創新精神、實踐能力及美學修養。
彭麗媛與姚燕安進行了親切交談。彭麗媛說，學校教育要重視培養學生創新思維和探索能力，並表示非常欣賞將現代藝術之父塞尚所開創的立體主義藝術與科技教育相融合的理念。米歇爾還親自操控其中一個“雙三角錐機器人”，稱讚“It’sreallycool”，並表示對MSEA的理念印象深刻。
MSEA的質疑
STEAM教育前身為上世紀80年代美國人提出的STEM教育，包含四個學科：Science（科學）、Technology（技術）、Engineering（工程）、Mathematics（數學），由歐巴馬大力推進這種綜合課程的實施，旨在從小培養學生動手、創新、綜合運用科學知識的能力。隨後，在原有四科的基礎上加入了Art（藝術）學科，多個學科相融合從而得到STEAM教育。
我們從中可以看出，MESA其實不是什麼原創新鮮事物。
