如何看待大疆创新发布首款教育机器人机甲大师 RoboMaster S1？ 第1页

我在大疆参与了很多产品，RoboMaster S1是参与最久也是最难以割舍的一个。现在虽然离职到了美国读博士，但还在以RoboMaster机甲大师赛组委会顾问的身份持续在帮助这款产品的教育课程提供意见和想法。关于产品本身，我的同事和其他知友都回答得很多了，在此不再赘述，我想谈谈RoboMaster S1附带的几项课程，尤其是“项目式教程”。

过去几年教育机器人这个概念一直炒得比较火，市场上各种产品层出不穷，但是十年树木百年树人，教育类产品最为难做，要思考的东西更多。就像其他回答里说的，大疆通过RoboMaster在教育方面悄悄布局了好多年。2017年1月我在极客公园创新大会上演讲说要做中国最好的教育机器人品牌时，RoboMaster比赛刚刚办完第二届，参赛队伍的机器人技术水平尚且不高，比赛的运营体系也还在建立过程中，RoboMaster S1的研发在公司内部刚刚开始孵化，一切都处在萌芽状态。演讲时喊的口号并不是空话，但是我们并不着急对外证明自己，因为大疆一贯耐心打磨产品，这款产品打磨的不仅是产品本身，还需要打磨它的教育属性。2017年初，大疆刚刚在过去的一年里接连发布了精灵4、Mavic、Inspire 2和精灵4 Pro，公司做硬件产品的能力已至化境，但是进行青少年机器人教学工作的经验，我们还需要积累。

直接面向一线学生教学是RoboMaster团队比较重要的积累。从2013年起大疆就开始连续每年暑假开办面向大学生的夏令营，我在以前的回答中介绍过很多次这个夏令营的情况：https://zhuanlan.zhihu.com/p/25986007。每年的夏令营我们一个主要的工作是观察什么样的技术和讲解技术的方式能够让大学生比较快地接受，并且运用这些技能在一个月时间内做出挑战性较高的机器人项目。从2016年开始，我们增加了高中生夏令营，然后又在2017年增加了高中生冬令营。此外，我们还在RoboMaster部门内开办了长期实习性质的“工程师培训营”，通过模拟参赛队做机器人的过程来锻炼工程能力。2018年我们还组织了面向香港和澳门高中生的赛事活动。这些种种假期营和培训营都构建了围绕RoboMaster赛事的教学模式，帮助我们分析清楚对于不同年龄层次的青年工程师和学生，应该如何设置实践为主、理论为辅的机器人教学模式。随着假期营和培训营工作的常规化，2017年底开始，一批技术能力和表达能力都很优秀的工程师被抽调组建成为专门的机器人教学团队，在深圳周边多个中学用RoboMaster赛事产品模块以及在假期营中制作的教学资料进行了教学工作，因此积累了较多的教学经验。

RoboMaster的赛事体系也极大帮助了RoboMaster S1的成长。RoboMaster S1研发团队的负责人大部分都曾经参与过RoboMaster机甲大师赛的规则设计、赛事运营等工作，可以说是工程师中最懂运营管理的人才。RoboMaster S1研发团队中除了大量有丰富产品开发经验的资深工程师外，也有不少核心成员是RoboMaster往届参赛队员或者工程师培训营中的佼佼者。因此他们能够把对RoboMaster机甲大师赛的深刻理解应用到RoboMaster S1的产品设计中。就像其他回答中说到的，RoboMaster S1的“实验室”中的编程模块“扭腰反击”来自于2016年华南理工大学RoboMaster参赛队，而编程模块“挨打反击”则来自于2017年大学生夏令营学生在设计自动步兵机器人时的创意。此外一些细小的设计点，比如发弹时点亮弹道的激光灯、底盘跟随云台移动的操控方式，也都是在RoboMaster机甲大师赛中经过多番迭代后的元素，又经过产品团队优化之后的产物。

如大家所看到的，RoboMaster S1继承了大疆产品一贯的做工和技术水平：电机来自于多旋翼飞行器上的无刷直驱电机和云台电机、图传是最新的高清低延迟版本、各种接头都进行了定制化、APP界面精美……这些模块不仅带来了很好的产品体验，也提供了进行机器人教学的更多可能。在深刻总结RoboMaster赛事的核心亮点和几年来教学工作的经验的基础上，我们围绕RoboMaster S1设计的多种机器人课程给这个产品起到了锦上添花的作用。最值得介绍的是在APP上的“项目式教程”，我想谈谈我们在RoboMaster S1上如何通过“项目式教程”让玩家学习到一些关键的机器人和人工智能知识。

在RoboMaster S1的控制APP上（可在此页面下载），“实验室”界面下有“大师之路”这个版块：

其中有多个项目式任务：

这些任务有的是帮助玩家学习基本的编程知识，有的是实现具有某些功能的编程模块，比如扭腰反击等等，还有的则是帮助玩家理解机器人基本的运动原理，比如RoboMaster S1是如何进行全向移动的。

“反馈控制”和PID控制器是所有自动化和电子等专业的大学生都要学习的基础控制论知识，也是任何机器人爱好者制作和控制机器人时必须使用的基本功。而RoboMaster S1上可以实现的视觉标签跟随以及精确射击功能，是一个非常好的用来教学反馈控制的案例，它放在“大师之路”中的“视觉标签跟随”这一节。

当机器人视野中的标签朝向某方向移动时，云台会进行自动跟随，并且对其进行射击。

这个过程看似简单，但其中涉及了图像处理、通过人工智能算法识别标签、设计PID控制器控制云台旋转追踪标签的一系列复杂步骤。我们的产品团队把这个过程中的各项技术包装成了方便使用的编程API，使得一段scratch代码就能够实现上述过程：

在这个项目式教程的基础上，玩家已经可以开始设计自己的全自动机器人了。但是我们能做到的不止于此。很多学生在初次通过大学课程“自动控制原理”学习PID控制的时候，都会被抽象的理论弄得晕头转向。书本上的知识往往过于枯燥和缺乏实际的例子，使得PID反馈系统导致的“超调”、“稳态误差”这些重要的概念很难被学生接受。在RoboMaster S1的“视觉标签跟随”中，我们用比较简单的方法就可以引导玩家自己去尝试观察不同控制器的表现，不仅学会用这个知识，还能理解其原理。

关于PI控制器，教程中谈到：

单独使用P控制，有两个缺点： 第一，如果视觉标签以一个恒定的速度在相机视野里不停圆周运动，可以分析出过一段时间后云台就也会以一个相同的速度转动以希望追上视觉标签，这个速度等于Kp*误差距离，这个误差距离是不能进一步被消除的，这种情况下的误差距离也叫做“稳态误差” 。为了消除稳态误差，我们需要引入I控制。

下面的动图展示了单纯使用P控制的跟随效果，屏幕上的标签在以恒定速度向右移动，观察准星的位置可以看出云台并没有很好地跟随到标签的中心：

而接下来一个动图展示了在P控制之上同时使用I控制的跟随效果，观察准星的位置可以看到云台较好地跟随了标签的中心位置：

这两个实验的对比能够直观展示出稳态误差的出现和消除。

而对于PD控制器，教程中这样介绍：

单独使用P控制的第二个缺点是，如果P控制中Kp比较大，而视觉标签在原地小范围抖动，那么可以分析出云台为了追上视觉标签，就会进行更大幅度的抖动，让整个机器人震动起来，这种现象也称作“振荡”。D控制可以解决这个问题。

下面的动图展示了单纯使用P控制时对抖动标签的跟随效果，屏幕上的标签在一个地方左右不停抖动，云台试图去跟随的时候发生了更大的抖动：

而接下来一个动图展示了在P控制之上同时使用D控制的跟随效果，可以明显看出标签的抖动并没有引发云台较大的抖动：

这两个实验的对比能够直观展示出超调振荡的出现和消除。

根据我们在教程开发过程中和高中生测试玩家的沟通反馈，我们相信这些教程中的内容能够让玩家获得对PID控制器更深的认识。在项目式教程之外，RoboMaster S1还有形式更贴近一般教学方式的视频课程，让玩家可以更深入地学习相关的知识。

“视觉标签跟随”只是“大师之路”中的一个例子，其他的教程都有不同的侧重点和教学目标，这些项目式教程基本涵盖了机器人学中比较基础的入门的几项知识，同时也能让玩家在学习之后立刻应用在对RoboMaster S1更好的控制上，提供较强的学习正反馈。RoboMaster S1作为一款教育产品一定可以让家长放心。另外，RoboMaster S1的性能足够让从高中到大学甚至研究生阶段的学生都从中找到自己可以探索的知识以及乐趣。在接下来一段时间，我们还会在APP和网站上进一步更新更多相关的机器人学教程，我也会在博士工作期间探索应用RoboMaster S1进行集群控制和智能规划算法研究的可能性。

基于项目学习知识是西方大学比较先进的教学思想，也是大疆内部培养工程师重要的方法论。大疆创始人汪滔先生和他的导师李泽湘教授都深受这种教育思想的影响，并且身体力行地在国内推广这种教育方式。他们两位前段时间获得IEEE机器人与自动化大奖的一部分原因也在于他们在机器人教育上的贡献。RoboMaster S1也是这种教育思路的体现。我到卡内基梅隆大学读博士已经快一年，观察了一段时间卡内基梅隆大学机器人学院的本科生教育过程，深感我们在RoboMaster S1上所采用的教育思路，和机器人学院的教学方式比起来没有差太多，很多地方甚至更好。相信RoboMaster赛事和课程体系的进一步完善，能够让更多的人获得优质的机器人知识和实践机会，成为更加优秀的玩家和工程师。RoboMaster不仅会是中国最好的教育机器人品牌，也会是世界最好的教育机器人品牌。RoboMaster S1是我们的step 1，希望它也能成为更多人的step 1。

来，大声回答我，尺寸放大十倍，这是什么？？

年产量能不能上百万？？

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  yang-ding-peng 网友的相关建议: 
      

这玩意，我自己瞎折腾的，自己做打印件，自己画板子焊电路，写代码做UI，我一文科生，花了千八百，搭进去两个月，就差个水弹枪了，和大疆这个比大概是拖拉机和F1的区别，而且人家才卖3000多，啥都不说了，买

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  robomasters 网友的相关建议: 
      

人的睡眠偏好被称为“睡眠类型”或“时型”（chronotype）,具体分为早睡早起的“清晨型’（morningness），晚睡晚起的“夜晚型”（eveningness）和不早不晚的中间型，中间型占的比例可能最多，而睡眠类型一般相信是先天性加上后天环境的影响。 一般以11点睡眠为中间型的分界，题主想比较的10pm – 6am的睡眠模式属于早晨型，而2am – 10am睡眠模式属于夜晚型。

我们大脑中的下丘脑维持着人体的总生物钟，称为视交叉上核（SCN）。而人体大部分细胞器官都维持各自的子生物钟（peripheral clock）。 SCN从瞳孔接收光信息，维持大概24小时的昼夜节律，SCN通过神经系统（自主神经，autonomic nerve）,荷尔蒙系统（下丘脑-垂体，hypothalamo-pituitary）等的信号（例如乙酰胆碱、褪黑素、皮质醇等）跟其他细胞器官的子生物钟沟通和同步。总生物钟SCN主要通过光线作出反应，细胞器官的子生物钟主要通过饮食和身体运动调整。 饮食包括食物质量、食物的卡路里和进食时间等都在影响子生物钟，这些饮食和运动因素称为“授时因子”（zeitgebers）。授时因子会推迟或加快大脑总生物钟的时间，生物钟的时差称为“相位偏差”（phase-shift）。所以总生物钟接收光信号后，会影响身体细胞器官的功能，而细胞器官则对进食和运动作出反应，影响大脑的总生物钟。 所以我们晚间的光线，进食时间和运动时间等，都是影响我们生物钟的“睡眠类型”的环境因素。

习惯了晚睡晚起的人都会觉得自己是夜猫子，一定是夜晚型的，相反习惯了早睡早起的一般都觉得自己是早晨型的，但其实有更科学的方法分析诊断究竟个人属于哪一个睡眠类型的：问卷方法或DLMO测试方法。问卷方法顾名思义是通过回答问卷得出量表分数，两个公认比较准确的问卷量表是“慕尼黑时型问卷.” (MCTQ) 和清晨型-夜晚型量表(MEQ),两者都有一定的准确度，但公认最准确达到是“褪黑素昼夜节律时间”（DLMO），原理是人的内源褪黑素在准备入睡前会增加分泌，DLMO是通过晚上到早上收集尿液或唾液化验评估褪黑素在不同时点分泌的状况以作出最准确的判断。有研究比对了MCTQ和MEQ跟DLMO的差异，[1]发现偏差还挺大，所以就算较为科学认可的问卷都不能准确反映人体真正的睡眠类型，我们自己猜可能就更大偏差了，也许我们不应该过早给自己下定论，自己一定就是夜晚型一定需要晚睡。光线压抑褪黑素的分泌，推迟正常睡眠时间，造成人为的“晚间型”睡眠模式，对健康造成隐患。[2]

大量研究比较过夜晚型和早晨型人群的代谢性指标发现夜晚型的人出现各种代谢性疾病更多，2015年的对照组研究，[3] 韩国的研究人员把1620名年龄在47-59岁的人群样本归类为早晨型（29.6%），夜晚型（5.9%）和不早睡也不晚睡的中间型（64.5%）。研究发现只有夜晚型的人群跟更高的代谢性疾病有关，特别是男性，夜晚型的男性患上糖尿病的风险是298%，肌肉缺乏症的风险是389%，而女性出现代谢综合征的风险也高达222%。

研究也发现夜晚型人群更容易出现胰岛素抵抗。2013年日本的一项对照组研究，[4]比对了早晨型和夜晚型的糖尿病受试者，发现夜晚型的受试者，反映中期血糖水平的HbA1c和LDL水平更高，更难控制血糖水平。

夜晚型也跟精神健康有关联性，2019年美国约翰霍普金斯大学等多家大学学者发表的研究，[5] 分析了362家学校的2.9万高中生，发现夜晚型学生出现情绪问题，行为问题的风险更高，而精神健康分数也越低，尽管考虑了睡眠时长的因素，睡眠时间越晚，出现精神健康问题的风险就还是越高。

2019年的文献回顾，[6] 也发现夜晚型的成年人跟抑郁症，药物滥用，睡眠障碍和精神障碍有关联性。

哥伦比亚大学的横断研究，[7] 也发现夜晚型的女性跟心血管疾病有关联性，夜晚型女性的心血管风险增加241%。

那为什么夜晚型的人更容易出现各种代谢性疾病和精神健康问题？ 因为晚睡很多时跟不健康的饮食和“错误”的进食时间有关。 [8] 研究发现夜晚型的人晚上摄入更多的卡路里，而晚上摄入卡路里增加肥胖风险。

哈佛大学和爱荷华大学的学者在2019年发表的对照组研究，[9] 跟踪了872名受试者一年时间，得出早晨型和夜晚型受试者的饮食跟健康关系的有趣的数据。研究发现夜晚型人群在晚间摄入最多卡路里比例的，相对同是晚间型的人但晚间摄入卡路里最少比例的，肥胖风险增加5倍！夜晚型人群晚间吃碳水化合物和蛋白质多的，肥胖风险分别增加4.5倍和3.7倍，但早晨型的人没有同样的风险。

题主也问到晚上10点睡到清晨4点是否健康，其实成人的最佳睡眠时长是7到9小时，已经有大量的流行病学研究发现过短和过长的睡眠时间跟疾病和死亡率有J型或U型关系。例如青岛大学发表的荟萃分析，[10] 包括了35个研究一共150万人的样本，当中有14万个死亡案例，发现睡眠时间时长在7小时，全因死亡率最低，过短和过长的睡眠可能跟健康问题有关，最佳全因死亡全因死亡率，建议大家7小时睡眠可能可以降低死亡风险。所以一天6小时睡眠并不是最理想的。

综合上述近年的研究，人的睡眠类型有早晨型的早睡早起型，夜晚型的晚睡晚起型，和正常作息的中间型，睡眠类型受先天因素和环境因素影响，晚间光线会推迟我们的生物钟，造成人为的夜晚型睡眠类型，而夜晚型睡眠模式增加糖尿病，心血管病和精神健康风险。这些风险起码部分跟饮食模式有关，如果晚睡晚起的人可以减少晚间摄入的卡路里，实行更健康的饮食模式，研究发现可以大幅降低肥胖和代谢性风险。

参考

[1] Kantermann, T., Sung, H., & Burgess, H. J. (2015). Comparing the Morningness-Eveningness Questionnaire and Munich ChronoType Questionnaire to the Dim Light Melatonin Onset. Journal of biological rhythms, 30(5), 449–453. https://doi.org/10.1177/0748730415597520

[2] Ashbrook, L. H., Krystal, A. D., Fu, Y. H., & Ptáček, L. J. (2020). Genetics of the human circadian clock and sleep homeostat. Neuropsychopharmacology : official publication of the American College of Neuropsychopharmacology, 45(1), 45–54. https://doi.org/10.1038/s41386-019-0476-7

[3] Yu, Ji & Yun, Chang-Ho & Ahn, Jae & Suh, Aly & Cho, Hyun & Lee, Seung & Yoo, Hye Jin & Seo, Ji A & Kim, Sin Gon & Choi, Kyung Mook & Baik, Sei Hyun & Choi, Dong & Shin, Chol & Kim, Na-Hyung. (2015). Evening Chronotype Is Associated With Metabolic Disorders and Body Composition in Middle-Aged Adults. The Journal of clinical endocrinology and metabolism. 100. jc20143754. 10.1210/jc.2014-3754.

[4] Iwasaki, M., Hirose, T., Mita, T., Sato, F., Ito, C., Yamamoto, R., Someya, Y., Yoshihara, T., Tamura, Y., Kanazawa, A., Kawamori, R., Fujitani, Y., & Watada, H. (2013). Morningness-eveningness questionnaire score correlates with glycated hemoglobin in middle-aged male workers with type 2 diabetes mellitus. Journal of diabetes investigation, 4(4), 376–381. https://doi.org/10.1111/jdi.12047

[5] Gariépy, G., Riehm, K. E., Whitehead, R. D., Doré, I., & Elgar, F. J. (2019). Teenage night owls or early birds? Chronotype and the mental health of adolescents. Journal of sleep research, 28(3), e12723. https://doi.org/10.1111/jsr.12723

[6] Kivelä, L., Papadopoulos, M. R., & Antypa, N. (2018). Chronotype and Psychiatric Disorders. Current sleep medicine reports, 4(2), 94–103. https://doi.org/10.1007/s40675-018-0113-8

[7] Makarem, N., Paul, J., Giardina, E. V., Liao, M., & Aggarwal, B. (2020). Evening chronotype is associated with poor cardiovascular health and adverse health behaviors in a diverse population of women. Chronobiology international, 37(5), 673–685. https://doi.org/10.1080/07420528.2020.1732403

[8] Mazri, F. H., Manaf, Z. A., Shahar, S., & Mat Ludin, A. F. (2019). The Association between Chronotype and Dietary Pattern among Adults: A Scoping Review. International journal of environmental research and public health, 17(1), 68. https://doi.org/10.3390/ijerph17010068

[9] Xiao, Q., Garaulet, M., & Scheer, F. (2019). Meal timing and obesity: interactions with macronutrient intake and chronotype. International journal of obesity (2005), 43(9), 1701–1711. https://doi.org/10.1038/s41366-018-0284-x

[10] Shen, Xiaoli & Wu, Yili & Zhang, Dongfeng. (2016). Nighttime sleep duration, 24-hour sleep duration and risk of all-cause mortality among adults: A meta-analysis of prospective cohort studies. Scientific Reports. 6. 21480. 10.1038/srep21480.

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