青少年機(jī)器人競(jìng)賽機(jī)器人創(chuàng)意比賽主題與規(guī)則助老助殘機(jī)器人

1、第十四屆中國(guó)青少年機(jī)器人競(jìng)賽機(jī)器人創(chuàng)意比賽主題與規(guī)則助老助殘機(jī)器人 2013年9月一、比賽主題的內(nèi)涵和外延二、比賽主題的選題舉例三、2014年創(chuàng)意比賽新規(guī)則的注意事項(xiàng)四、2014年創(chuàng)意比賽管理工作的思路五、機(jī)器人創(chuàng)意比賽優(yōu)秀作品推薦六、機(jī)器人創(chuàng)意比賽的文化標(biāo)簽一、比賽主題的內(nèi)涵和外延聯(lián)合國(guó)人口年齡劃分45-59歲：中年60-74：老年前期（年青老人）75-89歲：老年90歲：長(zhǎng)壽老人 4565歲65歲1645歲716歲37歲（一）內(nèi)涵 老齡化己成為21世紀(jì)的全球性趨勢(shì)。隨著改革的深化和社會(huì)進(jìn)步，我國(guó)也步入了老齡化的社會(huì)。我國(guó)人口的基數(shù)大，老齡化更將面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。按照聯(lián)合國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)，某地區(qū)65歲以

2、上老齡人超過(guò)總?cè)丝诘?%，該地區(qū)即可視為進(jìn)入老齡化社會(huì)。據(jù)2011年第六次人口普查統(tǒng)計(jì)，我國(guó)有1.1億老齡人，占總?cè)丝诘?.7%。預(yù)計(jì)到2020年將達(dá)1.67億人，約占全世界老齡人口6.98億人的24%。青少年在不久的未來(lái)勢(shì)必面臨來(lái)自老齡人生存和服務(wù)方式的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。 在世界上有5億多殘疾人，他們中有些人生活無(wú)法自理，有些人運(yùn)動(dòng)功能存在殘障，在不同程度上影響到生活的質(zhì)量。 “助老助殘機(jī)器人”旨在促進(jìn)青少年走近這類弱勢(shì)群體的生活，了解他們的生存狀況，喚醒青少年的社會(huì)意識(shí)和良知，學(xué)會(huì)從關(guān)心他人的角度思考問題，同時(shí)激發(fā)創(chuàng)新靈感，借助助老助殘機(jī)器人之“筆”勾畫和諧社區(qū)、幸福家庭新生活的藍(lán)圖，讓機(jī)器人更好

3、地為人類服務(wù)。這對(duì)塑造和諧社會(huì)的核心價(jià)值觀，提升青少年的社會(huì)責(zé)任感，培養(yǎng)健全的人格具有一定意義。（二）外延 助老助殘，“助”的對(duì)象是“老齡人”和“殘疾人”。這是一類特殊的群體，所以機(jī)器人應(yīng)該有針對(duì)性，如考慮生理特點(diǎn)，運(yùn)動(dòng)功能的下降、缺失或數(shù)喪失等。 助老助殘，“助”的本質(zhì)是通過(guò)機(jī)器人體現(xiàn)幫助。 老齡人的生活需求既有精神層面的，也有生活層面的內(nèi)容。 殘疾人在視力、聽力、語(yǔ)言、肢體方面需要增強(qiáng)或者矯正，甚至多重殘疾疊加在一起。 廣義理解“老齡人和殘疾人”，很多人都在過(guò)著正常人的生活，需要承擔(dān)各種家務(wù)事，因此清潔、清洗、保安、炊事、益智、娛樂、幼教等等都可以被納入選題的范疇。 狹義理解，他們也有特殊

4、需求，應(yīng)該從中提煉機(jī)器人所要參與和滿足的獨(dú)特功能，查明它們具體的科學(xué)原理、機(jī)理、機(jī)制、結(jié)構(gòu)，歸納出機(jī)器人的創(chuàng)新點(diǎn)。 機(jī)器人創(chuàng)新點(diǎn)只有聚焦在“老”和“殘”上，才會(huì)體現(xiàn)新穎性。 二、比賽主題的選題舉例（一）正常老齡人生活對(duì)機(jī)器人的需求家務(wù)事掃除洗衣炊事洗滌炊廚具購(gòu)物防盜防火保育洗車打理庭院消遣網(wǎng)球或其他競(jìng)技運(yùn)動(dòng)的對(duì)手下棋舞伴寵物玩具談話閱讀學(xué)習(xí)的助手老齡化重物搬運(yùn)老年人的室內(nèi)移動(dòng)機(jī)動(dòng)輪椅輔助起居單身生活的監(jiān)控談話炊事幫閑（小作業(yè)的幫助）（二）多面向特殊需求的選題 監(jiān)護(hù)機(jī)器人 康復(fù)機(jī)器人 醫(yī)療機(jī)器人 假肢 智能輪椅或其他步行機(jī)器人 輔助犬 可穿戴式助力機(jī)器人 精神慰藉機(jī)器人 信息終端機(jī)器人 2012

5、年世界人均國(guó)民年收入水平（193國(guó)家和地區(qū)）萬(wàn)$18.75.65.04.84.44.23.83.72.31.30.430.08末位107首位中國(guó)老齡化的特殊性（1） 未富先老 全球72個(gè)人口老齡化國(guó)家，人均年收入達(dá)一萬(wàn)美元的有26個(gè)國(guó)家，占36%。例如瑞典、日本、英國(guó)、德國(guó)、法國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家在進(jìn)入老齡化時(shí)，人均年收入己超過(guò)3萬(wàn)美元。 我國(guó)在2012年只有4300美元，即經(jīng)濟(jì)發(fā)展和收入水平尚處于世界中下水平，卻提前進(jìn)入了發(fā)達(dá)國(guó)家的老齡化社會(huì)水平。老齡化的加速對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)都將產(chǎn)生巨大的壓力。收入水平門檻（萬(wàn)U.S.$）國(guó)家數(shù)量（%）高1.361（32%）中等較高0.41.399（51%） 較低0.10

6、.4低0.133（17%）全球國(guó)家（193）人均年收入水平分類（2）老齡化的增速快于世界 平均水平（上圖） 到2020年我國(guó)老齡人口（65歲）將達(dá)1.67億人，約占全世界老齡人口6.98億人的24%。 （3）空巢現(xiàn)象 全國(guó)約有2340多萬(wàn)65歲以上的空巢老人，京、滬、津高達(dá)30%以上。其中不能自理、喪偶、患慢性病和老年癡呆癥人數(shù)多，需要社會(huì)養(yǎng)老和社區(qū)服務(wù)。19902020老齡人口平均增速對(duì)比2.5%3.3%19952020老齡人口占總?cè)丝诒戎厥澜缙骄?中國(guó)6.6%6.1%9.3%11.5% 監(jiān)護(hù)機(jī)器人：有些重癥“老殘者”失去自理能力，需要臥床或加強(qiáng)病癥的監(jiān)視與護(hù)理，例如在病床上的變換體位、換乘

7、、起臥、入浴、如廁、進(jìn)食等等。在這些應(yīng)用場(chǎng)合，機(jī)器人可以充當(dāng)護(hù)工的角色。一個(gè)護(hù)工多少錢/月？國(guó)民何時(shí)有能力雇傭機(jī)器人護(hù)工？ 康復(fù)機(jī)器人：指恢復(fù)身體機(jī)能，促進(jìn)患者自主訓(xùn)練和治療的專用機(jī)器人，如用于改善四肢運(yùn)動(dòng)功能，防止功能減退，受傷關(guān)節(jié)的恢復(fù)性訓(xùn)練，步行訓(xùn)練等等。（關(guān)節(jié)置換手術(shù)？）科學(xué)和定量地描述肢體運(yùn)動(dòng)功能康復(fù)程度 醫(yī)療機(jī)器人：外科手術(shù)、手術(shù)輔助（術(shù)前定位導(dǎo)航）、診斷、顯微手術(shù)機(jī)器人等等 “達(dá)芬奇”外科手術(shù)機(jī)器人有三頭四臂（3平臺(tái)、4操作臂），高1.8m（成都）西南醫(yī)院耗資2000萬(wàn)元 前列腺微創(chuàng)手術(shù)心臟外科微創(chuàng)手術(shù)膠囊式內(nèi)窺鏡機(jī)器人放大圖（1）名稱： 2010年/血管微型機(jī)器人（2） 1mm

8、 5mm，靠外部磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)，產(chǎn)生自轉(zhuǎn)，12001800轉(zhuǎn)/分鐘。目標(biāo)在冠狀動(dòng)脈、大靜脈、大動(dòng)脈等粗血管內(nèi)移動(dòng)，疏通被血栓堵塞的血管。它已經(jīng)在迷你豬的血管內(nèi)做了首次試驗(yàn)，因?yàn)槊阅阖i的血流速度（0600mm/s）以及脈搏與人類比較接近。移動(dòng)路線由CT預(yù)編程，X光機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控 假肢 假臂和假腿過(guò)去的假肢主要考慮外觀和裝飾性，隨生活質(zhì)量的改善，現(xiàn)在正向作業(yè)型和能動(dòng)型發(fā)展。PetmanPetman由波士頓動(dòng)力公司研發(fā)的美軍實(shí)驗(yàn)防護(hù)服裝，有“雙腿”，能自動(dòng)維持平衡，靈活行動(dòng)，行走、匍匐、應(yīng)對(duì)有毒物質(zhì)等，還能調(diào)控自身體溫、濕度和排汗量來(lái)模擬人類生理學(xué)中的自我保護(hù)功能，達(dá)到最佳的測(cè)試效果。行進(jìn)速度5.1km/h，

9、幾乎和真人無(wú)異 刀鋒戰(zhàn)士奧斯卡皮斯托瑞斯南非，殘疾人100、200、400m短跑世界紀(jì)錄保持著。2012年12月12日曾戰(zhàn)勝阿拉伯純種馬“瑪莎拉蒂”。2013年2月14日涉嫌槍殺女友利瓦斯騰坎普而受審。義肢產(chǎn)自冰島，5080層碳素纖維，價(jià)值1.5萬(wàn)各種類型的人工膝關(guān)節(jié)肘觸媒筒肘作動(dòng)缸燃料罐肘部閥門前臂觸媒筒前臂閥組氣體管線前臂作動(dòng)缸動(dòng)力上肢 智能輪椅或其他步行機(jī)器人：承載老殘患者，用機(jī)器的移動(dòng)代替步行功能，或者在骨折、中風(fēng)后訓(xùn)練肌肉力量的步行支援設(shè)備。智能輪椅帶GPS、IC標(biāo)簽、無(wú)線LAN等，可自動(dòng)到達(dá)目的地，是各類老齡人和行走殘疾人導(dǎo)盲犬最早出現(xiàn)的年份？ 輔助犬：包括導(dǎo)盲犬、導(dǎo)聽犬、護(hù)理犬，

10、牠們可分別為視力、聽力、肢體功能喪失的患者提供服務(wù)。 1819年維也納世界首個(gè)導(dǎo)盲犬訓(xùn)練營(yíng)問世。100年后，在第一次世界大戰(zhàn)中很多德國(guó)兵失去視力，導(dǎo)盲犬因此火了起來(lái)。選導(dǎo)盲犬，要上溯三代血統(tǒng)，查生理、遺傳疾病、性格、行為等，若基因天生就是導(dǎo)盲犬的料，會(huì)大大提高訓(xùn)練的成功率。訓(xùn)練一條優(yōu)秀的導(dǎo)盲犬既嚴(yán)格也很困難，要求牠心態(tài)平和，熟記主人的物品、起居習(xí)慣、行動(dòng)路線，對(duì)身邊小雞、小貓等的嬉鬧挑逗無(wú)動(dòng)于衷。訓(xùn)練過(guò)程雖慢，但學(xué)會(huì)后會(huì)終生不忘。 小犬與主人的配對(duì)訓(xùn)練在出生10個(gè)月后即開始了，要默契到成為主人的眼睛、助手、忠誠(chéng)伙伴和家庭成員。牠們的上崗期約10年，退休后將繼續(xù)成為家庭的一員。 不過(guò)，有各國(guó)都有

11、一個(gè)法律是否允許導(dǎo)盲犬出入公眾場(chǎng)合的問題。 導(dǎo)盲機(jī)器人在血統(tǒng)、訓(xùn)練、退休、準(zhǔn)入法律等均無(wú)問題，但在親情方面肯定不敵導(dǎo)盲犬。 可穿戴式助力機(jī)器人：是將人體和外骨骼機(jī)器人結(jié)合，通過(guò)下肢實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制，為下肢提供助力的一種機(jī)器人。它可以提高或者擴(kuò)展老殘者的負(fù)荷能力、運(yùn)動(dòng)機(jī)能。例如負(fù)重更大，行走強(qiáng)度更高，耐久時(shí)間更長(zhǎng)等，也可以為殘疾人提供治療和矯形。 載人行走的機(jī)器人該機(jī)器人在豐田展區(qū)，身高2.36m，體重200kg，行走速度1.35km/h背包、計(jì)算機(jī)等電池動(dòng)力裝置髖、踝、膝關(guān)節(jié)傳感器支撐部分地面反力傳感器（a）BLEEX機(jī)器人（b）日本氣動(dòng)助力服Shadow英國(guó)Shadow公司研制的五指靈巧手。 2

12、002 年展出后 在 2004 年開始商品化批量生產(chǎn)。驅(qū)動(dòng)源是人工肌肉。 5 個(gè)手指 4DOF。加上腕部共計(jì) 24DOF。該設(shè)計(jì)成功指出在于，它是目前世界上第一個(gè)完全模仿人手自由度設(shè)計(jì)的靈巧手；其次達(dá)到了商業(yè)化目標(biāo) 精神慰藉機(jī)器人：安慰老齡人心理，豐富精神生活的機(jī)器人。例如機(jī)器寵物。索尼愛寶機(jī)器狗精神慰藉機(jī)器人PARO模外形仿海豹幼子，憨態(tài)可掬。有視覺、聽覺、觸覺、姿態(tài)、溫度等感知，肢體、頭尾、眼和臉部可做出鮮活情態(tài)。在醫(yī)院或老年人中心開展動(dòng)物療法，具有心理效果（放松、提神等）、生理效果（穩(wěn)脈、緩壓）、社會(huì)效果（人-動(dòng)物交流），比真動(dòng)物好。在兒童和高齡者中做過(guò)多次測(cè)試，如臉譜、夜啼、自閉癥、失

13、語(yǔ)比較。寵物機(jī)器人與治療師 信息終端機(jī)器人：在移動(dòng)（多為輪式）機(jī)器人的內(nèi)部嵌入基于平板電腦的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)和無(wú)線通訊與外部聯(lián)網(wǎng)，完成遠(yuǎn)距離遙控、監(jiān)視、交流等功能，在家庭內(nèi)部可以實(shí)現(xiàn)操作各種電器開關(guān)、郵件收發(fā)、簡(jiǎn)單作業(yè)、安保巡查等任務(wù)。三、2014年創(chuàng)意比賽新規(guī)則的注意事項(xiàng) 忌套用前一屆創(chuàng)意比賽“社區(qū)志愿者”的作品。 “現(xiàn)場(chǎng)問辯”分為“封場(chǎng)評(píng)審”、“封閉答辯”兩個(gè)環(huán)節(jié)。 封場(chǎng)評(píng)審：展示第一天，專家赴各展臺(tái)評(píng)審。每項(xiàng)作品5分鐘講解與演示，510分鐘的提問。 封閉答辯：展示期內(nèi)專家每天將隨時(shí)、隨機(jī)地通知各組別（1/31/2）的作品進(jìn)入指定的“封閉答辯室”質(zhì)疑與答辯。 提前30分鐘通知代表

14、隊(duì)，隊(duì)員規(guī)范著裝參加答辯，10鐘PPT陳述（事先準(zhǔn)備），專家10分鐘質(zhì)詢。營(yíng)造學(xué)術(shù)氛圍。 封閉問辯PPT內(nèi)容含五個(gè)部分：創(chuàng)意來(lái)源、創(chuàng)意要點(diǎn)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、制作過(guò)程、演示效果。內(nèi)容著重陳述“三自性”，即創(chuàng)意題目的“自選性”、創(chuàng)作過(guò)程的“自主性”，以及完成作品的“自制性”。 除參賽學(xué)生選手外，其他人均不得進(jìn)入展示場(chǎng)區(qū)。 參賽作品全程展示，不得提前撤展，缺席封閉答辯將被扣分。 四、2014年創(chuàng)意比賽管理工作的思路 更上層樓的抓手在教練員：學(xué)生是主體，但是“流水”；教練員是主導(dǎo)，是“營(yíng)盤”。主導(dǎo)對(duì)主體導(dǎo)向。 規(guī)范研究報(bào)告：要年年講，會(huì)會(huì)講，3/5 年治愈“痼疾”?！笆送局v科舉，梨園講科班，和尚講受戒”專業(yè)

15、素養(yǎng)。關(guān)鍵看教練。 推進(jìn)“三自”：創(chuàng)意題目“自選性”、創(chuàng)作過(guò)程“自主性”、完成作品“自制性”。部分作品傾全校/全家/社會(huì)/科研所之力，不足以代表青少年真正的水平。 處理好“面子”和“里子”的關(guān)系：形象工程（面子）成績(jī)斐然，但提高青少年創(chuàng)新能力才是“謀事”的出發(fā)點(diǎn)。各校、教練員要保持客觀、清醒的認(rèn)識(shí)，防止掙“面子”，丟“里子”。大學(xué)抄襲、侵權(quán)不斷，在中小學(xué)就應(yīng)該培養(yǎng)產(chǎn)權(quán)意識(shí)，不“因小失大”。 “零投訴”：12位評(píng)委來(lái)自8省市，更新率33%，以博士為主。專業(yè)造詣精深，結(jié)果具有科學(xué)和權(quán)威性。 （1）申報(bào)程序同于往年從“中國(guó)青少年機(jī)器人教育在線網(wǎng)站” 申報(bào)，全程電子信息管理，申報(bào)和評(píng)審無(wú)紙化。 網(wǎng)上申

16、報(bào)截止日期：2014年6月5日24點(diǎn)前，內(nèi)容包括： （a）機(jī)器人創(chuàng)意比賽項(xiàng)目電子申報(bào)表1份； （b）研制報(bào)告1份。該報(bào)告的文字與圖表（外觀圖、結(jié)構(gòu)圖、原理圖等）共計(jì)不超過(guò)5頁(yè)，另附作品彩色照片、但數(shù)量不超過(guò)5幅； （c）機(jī)器人動(dòng)作演示的視頻資料13分鐘； （d）項(xiàng)目研發(fā)所需材料清單一份； （e）項(xiàng)目運(yùn)行的完整程序設(shè)計(jì)（程序設(shè)計(jì)可以使用圖形程序設(shè)計(jì)），使用的語(yǔ)言不限。 按時(shí)、完整、規(guī)范地提供上述材料，將作為申報(bào)作品資格審查與項(xiàng)目初評(píng)的重要依據(jù)。凡未達(dá)到合格要求者，將被視為初評(píng)不合格，而取消參加全國(guó)終評(píng)的資格。五、機(jī)器人創(chuàng)意比賽優(yōu)秀作品推薦標(biāo)桿作品（一） 2010年 仿生機(jī)器水黽 （上海）【簡(jiǎn)介】

17、構(gòu)想?yún)⒖剂丝▋?nèi)基梅隆大學(xué)、哈工大的類似作品，但又不同。 實(shí)驗(yàn)獲得純水表面張力系數(shù)：在19.7下為7.280102N/m。 計(jì)算羽毛浮力：羽毛尺寸 5cm1cm（長(zhǎng)寬）。羽軸兩側(cè)斜生許多并行的羽支，各羽支兩側(cè)又排列羽小支。羽支遠(yuǎn)端的1列羽小支有許多羽纖支。表面張力的有效長(zhǎng)度粗略估計(jì)為100cm左右。計(jì)算得表面張力約7g。 設(shè)計(jì)了支架電路+驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)質(zhì)量5g。成本50元RMB【點(diǎn)評(píng)】項(xiàng)目體現(xiàn)兩個(gè)科學(xué)知識(shí)點(diǎn)：1）有對(duì)羽毛疏水性產(chǎn)生的表面張力的初步分析。2）水黽的仿生原理。在制作（包括電路）和實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上做成可演示的機(jī)器人。 成本低！研究報(bào)告17頁(yè)太多！標(biāo)桿作品（二） 2013年 皮影戲機(jī)器人 （合肥廬

18、陽(yáng)高中）【點(diǎn)評(píng) 】德國(guó)慧魚套件搭建創(chuàng)意可分成幾個(gè)層次：故事和情節(jié)的簡(jiǎn)單模仿；（一般項(xiàng)目） 技術(shù)（科學(xué)原理）工程（制作）；（上海水黽） 技術(shù)工程藝術(shù)；（重慶孔雀開屏） 技術(shù)工程藝術(shù)文化（內(nèi)涵）。（合肥、香港）目前僅極少數(shù)作品達(dá)到此境界，是目標(biāo)。墓前墓后【點(diǎn)評(píng)】“粵劇大使” 2012 主題仿生機(jī)器人 結(jié)合環(huán)保，用瓦楞紙粘接作為軀干材料，有創(chuàng)新 。計(jì)算機(jī)繪圖后經(jīng)激光切割，再將平面紙一張張粘接成立體結(jié)構(gòu)，有點(diǎn)3D打印制造的意思。仿人形設(shè)計(jì)，做藝術(shù)表演，還著力宣傳保護(hù)粵劇這個(gè)優(yōu)秀的非物質(zhì)文化遺產(chǎn)，契合主題，寓意好，意涵了藝術(shù)與文化的創(chuàng)意。所以在創(chuàng)意和制作方面都很用心。 研制報(bào)告也不錯(cuò) 6頁(yè)標(biāo)桿作品（三） 2012年 粵劇大使 （香港高中）六、機(jī)器人創(chuàng)意比賽的文化標(biāo)簽善豫、踐行、自信、大度善豫：“巧者善度，智者善