第六届全国大学生工程训练综合能力竞赛命题说明

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1、1 第六届全国第六届全国大学生大学生工程训练综合能力竞赛工程训练综合能力竞赛 命命 题题 工训赛工训赛题题 6-01 号【号【2018】 本命题用于第六届全国大学生工程训练综合能力竞赛。包含两类 4 项，即无碳小车类和物料搬运机器人类。其中无碳小车 3 项为“S”型赛道常规赛、 “8”字型赛道常规赛和“S 环形”赛道挑战赛。 第六届竞赛的国赛阶段计划于 2019 年五月起举办。各省级竞赛和校级竞赛应参照此次公布的竞赛项目安排比赛，允许在具体环节内容上做出调整，赛后分项上报比赛成绩排名。 国赛参赛队产生于各省级同项目竞赛，按省赛成绩排名录取。初定出省线名额为每省每个赛项 2 支参赛队。对参加国赛

2、挑战赛的参赛队有入门成绩要求，具体要求后期发布。 命题具体说明如下。 一、一、 无碳小车无碳小车避障行驶避障行驶竞赛竞赛命题说明命题说明 1.1 无碳小车无碳小车竞赛命题竞赛命题 本届竞赛命题为“以重力势能驱动的具有方向控制功能的自行小车以重力势能驱动的具有方向控制功能的自行小车” 。 自主设计并制作一种具有方向控制功能的自行小车， 要求其行走过程中完成所有动作所需的能量均由给定重力势能转换而得， 不可以使用任何其他来源的能量。该给定重力势能由竞赛时统一使用质量为 1Kg 的标准砝码（50 65 mm，碳钢制作）来获得，要求砝码的可下降高度为 400 2mm。标准砝码始终由小车承载，不允许从小

3、车上掉落。图 1 所示为小车示意图。 要求小车具有转向控制机构，且此转向控制机构需要具有可调节可调节装置装置，以适应放有不同间距障碍物的竞赛场地。 要求小车为三轮结构三轮结构。其中一轮为转向轮，另外两轮为行进轮，允许两行进轮中的一个轮为从动轮。具体设计、选材及加工制作均由参赛学生自主完成。 2 图 1 无碳小车示意图 1.2 无碳小车常规无碳小车常规竞赛竞赛项目项目 1.2.1 “S”型赛道避障行驶型赛道避障行驶常规常规赛赛项项第一轮第一轮竞赛竞赛 “S”型赛道如图 2 所示，赛道宽度为 2 米，沿直线方向水平铺设。按“隔桩变距”的规则设置赛道障碍物（桩） ，障碍物（桩）为直径 20mm、高

4、200mm 的塑料圆棒，竞赛小车在前行时能够自动绕过赛道上设置的障碍物。沿赛道中线从距出发线 1 米处开始按平均间距 1 米摆放障碍桩，奇数桩位置不变，根据经现场公开抽签的结果，第一偶数桩位置在 （200300）mm 范围内做调整（相对于出发线，正值远离，负值移近） ，随后的偶树桩依次按照与前一个偶树桩调整的相反方向做相同距离的调整。 以小车成功绕障数量和前行的距离来评定成绩。 每绕过一个桩得 8 分（以小车整体越过赛道中线为准） ，一次绕过多个桩或多次绕过同一个桩均算作绕过一个桩，障碍桩被推出定位圆或被推倒均不得分；小车行走的距离每延长米得 2 分，在中心线上测量。 各队使用竞赛组委会统一提

5、供的标准砝码给参赛小车加载， 并在指定的赛道上进行比赛。小车在出发线前的位置自行决定，不得越线。每队小车运行 2 次，取 2 次成绩中的最好成绩。 图 2 无碳小车在重力势能作用下自动行走（S 赛道）示意图 3 小车绕障有效的判定为：小车从赛道一侧越过一个障碍后，整体越过赛道中线且障碍物未被撞倒或推出障碍物定位圆；小车连续运行，直至停止。小车有效的运行距离为：停止时小车最远端与出发线之间的垂直距离。 1.2.2 “8”字型赛道避障行驶字型赛道避障行驶常规常规赛赛项项第一轮第一轮竞赛竞赛 如图 3 所示， 竞赛场地在半张标准乒乓球台 （长 1525mm、 宽 1370mm） 上，有 3 个障碍桩

6、沿中线放置，障碍桩为直径 20mm、长 200mm 的 3 个圆棒， 两端的桩至中心桩的距离为 35050 mm，具体数值由现场公开抽签决定。 小车需绕中线上的三个障碍桩按“双 8”字型轨迹循环运行，以小车成功完成“双 8”字绕行圈数的多少来评定成绩。 图 3 “双 8”字型赛道平面示意图 参赛时，要求小车以“双 8”字轨迹交替绕过中线上 3 个障碍桩，保证每个障碍桩在“8”字形的一个封闭圈内。每完成 1 个“双 8”字且成功绕过 3 个障碍，得 12 分。各队使用组委会统一提供的标准砝码参赛。每队小车运行 2 次，取 2 次成绩中最好成绩。 一个成功的“8”字绕障轨迹为：3 个封闭圈轨迹和轨

7、迹的 4 次变向交替出现，变向指的是：轨迹的曲率中心从轨迹的一侧变化到另一侧。 比赛中，小车需连续运行，直至停止。小车没有绕过障碍、碰倒障碍、将障碍物推出定位圆区域、砝码脱离小车、小车停止或小车掉下球台均视为本次比赛4 结束。 1.2.3 三维设计及三维设计及 3D 打印制作打印制作环节环节 由 1 名参赛队员参与竞赛；经抽签，按照大赛统一规定要求，在计算机上设计 3D 打印图样，绘制出图样的零件图，零件图上需标示出配合尺寸公差，并用3D 打印制作出来。本项内容应在规定时间内完成，违规或延时完成者减分，不能完成者或延时超限者不得分，不能进入后面环节的竞赛。 1.2.4 参参赛小车机械拆卸及重装

8、赛小车机械拆卸及重装竞赛竞赛环节环节 再次抽签，确定新的“S”和“8”字赛道的障碍物桩距。 每队派出 2 名参赛队员对本队参赛小车上进行零件拆卸， 裁判人员根据爆炸图进行对照检查。拆卸完成后，按照新产生的抽签数据，装配并调节小车。拆装工具自带，除标准件及轴承外，不允许自带任何备用零件入场，对违反规定的行为按减分法处理。现场将提供钳工台。如需使用机床加工，可提出申请，经裁判批准，可到车间进行普车、普铣、钻孔等常规加工作业，所需刀具和量具自备。本项内容在规定时间内完成得满分， 违规或延时完成者减分， 不能完成者不得分。 1.2.5 无碳小车无碳小车避障行驶避障行驶常规赛常规赛第二轮第二轮竞赛竞赛

9、用装配调试完成的小车， 再次进行避障行驶竞赛， 规则分别同 1.2.1和 1.2.2。 1.3 无碳小车挑战无碳小车挑战赛赛项目项目 1.3.1“S 环形”赛道挑战赛环形”赛道挑战赛第一轮竞赛第一轮竞赛 “S 环形”赛道如图 4 所示，由直线段和圆弧段组合而成一封闭环形赛道，沿赛道中线放置 12 个障碍物 （桩） ， 障碍桩为直径 20mm、 高 200mm 的塑料圆棒。竞赛小车能够在环型赛道上以“S 环形”路线依次绕过赛道上障碍桩，自动前行直至停止。 赛道水平铺设， 直线段宽度为 1200mm， 两侧直线段赛道之间设有隔墙；沿赛道中线平均摆放 5 个障碍桩，奇数桩位置不变，偶数桩位置根据经现

10、场公开抽签结果，在 （200300）mm 范围内相对于中心桩做相向调整（相对于中心桩，正值远离，负值移近） 。 以小车前行的距离和成功绕障数量来评定成绩。每绕过一个桩的 8 分（以小车整体越过赛道中线为准） ，一次绕过多个桩或多次绕过同一个桩均算作绕过一个桩，障碍桩被推出定位圆或被推倒均不得分；小车行走的距离每延长米得 25 分，在中心线上测量。 各队使用竞赛组委会统一提供的标准砝码给参赛小车加载， 并在指定的赛道上进行比赛。小车在出发线前的位置自行决定，不得越线。每队小车运行 2 次，取 2 次成绩中的最好成绩。 图 4 “S 环形”赛道示意图 1.3.2 三维设计及三维设计及 3D 打印制

11、作打印制作环节环节 要求同 1.2.3。 1.3.3 参参赛小车机械拆卸及重装竞赛赛小车机械拆卸及重装竞赛环节环节 要求同 1.2.4。 1.3.4 第二轮小车避障行驶竞赛第二轮小车避障行驶竞赛 用装配调试完成的小车，再次进行避障行驶竞赛，规则同 1.3.1。 1.4 现场问辩现场问辩环节环节 根据参赛队数量，经各队自愿申请或通过抽签产生参加答辩环节的参赛队。答辩问题涉及本队参赛作品的设计、制造工艺、成本及管理等相关知识。参与答辩的参赛队按答辩得分由高到低排序， 得分高于答辩平均分的队将获得总分加分，得分低于答辩平均分的队将得到总分减分。 1.5 工程设计工程设计方案评审方案评审 6 各参赛队

12、需做出针对参赛项目的工程设计方案文件并在参赛报到时提交， 共3 种文件，每种文件纸质版一式两份，电子版 1 份；三种文件总分 50 分，分别为 1）结构设计方案，15 分；2）加工工艺设计方案，15 分；3）工程项目创业企划书，20 分。所提交的文件均应由参赛队员自主完成，格式及装订均须符合技术规范和竞赛要求，具体规定及要求由竞赛秘书处另行发布。 各参赛队在报到时还须提交与设计制作有关的 3分钟视频1 份和PPT文件 1份，具体规定及要求由竞赛秘书处另行发布。 竞赛评审组对每个参赛队提交的设计方案文件按减分法进行评阅。 各队该项得分计入其竞赛总成绩。 二、智能物料搬运二、智能物料搬运机器人机器

13、人竞赛竞赛项目项目命题说明命题说明 2.1 竞赛竞赛命题命题 本项竞赛题目为“智能物料搬运机器人竞赛” 。 自主设计并制作一款能执行物料搬运任务的智能移动机器人。 该机器人能够在规定场地内自主行走，通过扫描阅读二维码领取任务，自主寻找、识别任务指定的物料，按任务要求的顺序将其搬运至指定的存放地点，并按照要求的位置和方向摆放。 根据现场抽签决定抓取物料的类型， 现场设计机器人末端抓取装置 （手爪） ，使用 3D 打印或激光切割设备完成制造，安装于参赛机器人手臂末端后进行现场运行比赛。 本项目参赛所要求的实物和文件均由参赛学生自主完成。 2.2 题目题目要求要求 2.2.1 参赛参赛机器人机器人的

14、功能要求的功能要求 应具有场地目标位置识别、自主路径规划、自主移动、二维码读取、物料颜色识别或形状识别、物料抓取和搬运等功能；全部竞赛过程由机器人自主运行，不允许使用遥控等人工交互手段及除机器人本体之外的任何辅助装置。 2.2.2 参赛机器人的参赛机器人的电控电控及驱动要求及驱动要求 7 主控电路采用嵌入式解决方案 （包括嵌入式微控制器等） ， 实现二维码读取、自主定位、物料识别、以及路径规划及运动控制等功能，所用传感器和电机的种类及数量不限。 自行设计制作主控电路版，其上须带有电机驱动电路及任务内容显示装置，该显示装置能够持续显示二维码任务信息直至比赛结束。机器人驱动电源供电电压限制在 12

15、V 以下 （含 12V） ， 电池随车装载， 场内赛程中不能更换。 2.2.3 参赛机器人的机械结构要求参赛机器人的机械结构要求 自主设计并制造机器人的机械部分，该部分允许采用标准紧固件、标准结构零件及各类商品轴承。机器人的行走方式、机械手臂的结构形式均不限制。机器人腕部与末端抓取装置（手爪）的连接界面结构自行确定。 除末端抓取装置（手爪）在竞赛现场设计制作外，其他均在校内完成，所用材料自定。 2.2.4 参赛机器人的外形尺寸要求参赛机器人的外形尺寸要求 进入场地参赛的机器人（含末端抓取装置（手爪） ）应能够通过一个尺寸与一张 A4 纸相当的门框方可参加比赛。 “A4 门框”横向或竖向放置均可

16、。允许机器人结构设计为可折叠形式，但通过“A4 门框”后应能自行展开。 2.2.5 搬运物料搬运物料 待搬运物料的形状为简单机械零件的抽象几何体，包括圆柱体、方形体、球体及其组合体，物料的各边长或直径尺寸限制在 3080mm 范围，重量范围为4080g，以上形状和参数的具体选择将通过现场抽签决定。物料的材料为塑料或铝合金，表面粗糙度 Ra3.2。物料有颜色区别：颜色为红（RGB 值为 255，0，0） 、绿（RGB 值为 0，255， 0） 、蓝（RGB 值为 0， 0，255）三种颜色。 在比赛场地内固定位置设有物料提取区和物料存放区。物料提取区长 宽高为 500 100 80（mm） ，木质或塑木材料，浅色亚光表面。物料存放区为长宽 高为 800 300 0（mm）区域，由三组不同颜色的同心圆和十字线构成，每组同心圆和十字线为同一种颜色。 2.2.6 竞赛竞赛场地场地 赛场尺寸为 2400mm 2400mm 方形平面区域，周围设有高度为 100mm 的白8 色或其他浅色围挡板，