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1、竞赛机器人的设计与实现邓知辉 罗坚某某信息职业技术学院信息工程系高职组“中科杯机器人技术应用比赛一等奖某某信息职业技术学院xxgc.hniu.教务处，某某某某410200这款机器人设计是模拟了建造高铁工作过程、实现工件的自动识别、抓取、运输和投放 功能。机器人的设计与制造思路，通过这次高职组“中科杯机器人技术应用比赛，对我们的设 计的机器人的可行性、稳定性与其控制精度等进展了验证。PW1M左右行走 调速电机非调速 电机调速电机 驱动板非调速电 机驱动板置主控制板竞赛任务分析我们设计的机器人在大赛组委会指定 的机器人平台上，根据大赛任务要求，进一 步设计制作各种抓取、投放机构，利用机器 人平台提
2、供的主控制板和编程算法实现整 体机器人的控制。使机器人在比赛场地如图1所示中完成以高铁建设比赛任务。图1场地立体图硬件设计与制作红外、接近或超声传感器图3手动机器人平台控制系统组成框图自动机器人平台CRT-A100配备了 2个 24VDC、150转/分、70W功率的直流减速电 机以与16路寻线传感器、寻线传感器信号 处理板、处理器控制板、电机驱动板；并提 供了测试用机器人寻线算法以与控制程序， 可以依靠地面白色引导线实现在比赛场地 全场X围内的运动、定位；处理器控制板提 供了较充足的I/O接口，可以供参赛队使用。 组成框图如图4所示。1机器人平台分析请加上比照赛平台的具 体说明。平台分为A、B
3、两种类型，A类型包括1 台自动机器人平台和1台手动机器人平台； B类型包括2台自动机器人平台和1台手动 机器人平台，构成如图2所示。|岂如几|16路巡线传感器理板主控 制板非调速电一 机驱动板主均牝调速电机 驱动板非调速 电机左右行走 调速电机红外、接近或超声传感器图4自动机器人平台控制系统组成框图根据大赛任务要求，要完成机器人的各 种抓取、投放机构上部机构设计与制作。那 么，我们在考虑到能满足完成任务的同时， 其机械结构和电路控制必须做到简单、稳定 和咼效。图2机器人平台的总体构成图手动机器人平台RT-M100配备了 2个 24VDC、150转/分、70W功率的直流减速电 机以与主处理器控制
4、板、电机驱动板；并提 供了测试用机器人根本控制程序和方法。系 统组成框图如图3所示。2.手动机器人设计缺少设计方案的具体 阐述手动机器人要求在提供的根底平台上， 设计相关机构能从竞赛场地上拾球并将球 放入1分桥墩。根据思路分析，主要需设计 收球、存球、提升、放球与攻击对方用的扫球等机构，并编写相应控制程序通过有线手 柄对整个机器人的运动方向、速度和控球操 作等各方面进展控制和协调。经过屡次方案设计和比照，最终采用如 图5 所示设计思路。本方案收球采取直流电 机带动皮带转动将球收入，并通过皮带传送 可直接大角度将球提升至需要高度进展存 放。因手动机器人要求操作速度要快，故存 球数量要求不高，仅需
5、存放分量几个即可， 这样还可减省设计难度。所以存球机构只需 利用收球后球的自然运动路径即可满足需 要。放球机构是采用了两个舵机进展协调， 速度快、计数准，舵机放行后的球通过漏球 机构直接放置。同时漏球机构设计成可上长 升和下降，下降后可通过对机器人的左右摆 动可将对方的球扫出桥墩，上升后又可放平 进展放球。整个设计思路简单，其控制方式 可靠、性能稳定、收球、传球和放球速度快。放球 扫 球机构舵机 电机 控制电路存球 机构收球机构图5手动机器人实物图3自动机器人设计 本队设计方案的阐述自动机器人是竞赛的核心，因其任务分 数高，更是竞赛成败的关键。其与手动机器 人不同，自动机器人主要需设计存球、放
6、球、 攻击对方用的扫球、颜色识别和桥墩定位等 机构，通过编写相应控制程序能自动控制机 器人的运动方向、速度、放球和扫球操作等， 同时能对桥墩进展定位，并判断桥墩的球是 否放满，桥墩顶上的球颜色识别等各方面进 展控制和协调。存球机构直接使用油烟机的排风管，它 即可根据存放数量随机拉长或缩短，又可随 意进展弯曲，且球体在内只需很小角度即可 自由传送，无需控制、方法简单、运行可靠， 完全满足要求。放球机构与自动机器人相近 是采用了两个舵机进展协调，速度快、计数 准，舵机放行后的球通过漏球机构直接放 置。扫球机构是直接采用一个舵机带动一个 半圆环铝片直接将将接出桥墩，同也作为放 置 1 分和 2 分桥
7、墩时对球进展栏护，使其放 球精度更高。定位机器采用两个碰撞和一个 光电传感器双重定位，当两个碰撞传感器同 时作用或一个碰撞和光电传感器在作用时 即进展放球，否如此进展调整，此设计方案 即提高了精度，又节省了大量调整时间。因 赛场是两个队比赛，球体颜色只有红蓝两 种，颜色识别也只需判别有无和红蓝即可， 所以为简化电路与控制程序，此处采用光电 传感器，可方便判断有无，也可根据反射光 线强度判别红蓝，需多种颜色判别时不精 准，但用于判别红蓝两种是完全没有误差。上述设计实体如图 6 所示,此思路是经 过近两个月N次实验和简化后的所采用的最 终竞赛方案，其电路简单、控制容易、运行 可靠、精度高。存球 机
8、构传感 器检 测扫球 机构定位机构放球 机构图6自动机器人实物图控制系统程序设计 1策略分析 机器人的路径规划是关乎策略成败的 关键。良好的路径规划不仅可以极大提高速 度，同时还可以防止与对方和已方机器人出 现撞击而影响整个竞赛成绩。图 7 和图 8 分 别是 B 方案一台手动、两台自动机器人 的预赛和决赛路径规划图。图7机器人预赛路径规划图图 8 机器人决赛路径规划图 经过不断调试，在不考虑对手的情况 下，采用次路径规划在校内调试时最快预赛 25 秒内可完成，决赛最20 秒内即可完成。 2主程序流程图根据硬件结构和路径规划等方面，对机 器人进展编程，控制机器人快速按照规定路 线进展并完成巡迹
9、、定位、检测、放球等功 能。图 9、图 10分别为手动机器人和自动机 器人主程序流程图。竞赛结果分析机器人前进机器人后退机器人左转转键机器人右转按下否按下减速键否亠按下转弯加速键否按下前进键 否*按下后退键机器人直线 加速机器人直线减速机器人转弯加速漏斗下垂扫球:按下扫球键.一.亠否一偶数次漏斗向上提起按下收球键是 応.木T偶 V-按下2号是奇次2,舵机放球口 舵机键偶二2号舵机栏球偶数收球电机转动停止转动2号舵机放球否-按下1号 舵机键1号舵机放球便拓归1号舵机栏球L 偶数次次漏斗放下 ”偶数次漏斗抬起按下协调是协调放球1、2号舵机按下转弯是减速键机器人转弯减速图9手动机器人程序流程图1取得
10、成绩赛项共有来自全国的71支代表队参加， 经过两天紧X调试和多轮角逐，本队以超稳 定的优势，预赛两轮均四十秒左右完成，决 赛两轮均以全场最快速度建成了高铁，获得 了一等奖，且为全场最高分。 说明获得一等奖的经验，场上比赛中的经 验。或者占指导教师角度对学生指导的经 验。优秀的成绩我们有些许激动，但也是在 我们的意料之中。因我们的投入和我们的付 出，我们坚信我们一定会成功。作为指导教 师，我希望所带的两个队均能取得优异的成 绩，但另一队却以 1 秒之差无缘决赛。对此， 我们也喜忧参半。总结两队比赛情况，我认 为：首先，投入和付出是根底，不仅是时间、 精力，也不仅是学生、指导教师，同时更包括各级领
11、导积极参与、关心和帮助；其次， 指导教师的指导是成败的核心，见识和课程 到实践的溶合是学生目前不可能完成跨越 的，但竞赛离不开；第三，优秀的学生是成 败的关键，优秀学生，不仅包括专业根本功、 见识面，还包括交际能力、现场发挥能力和 应变能力等。相对该队，我们另一队选手就 只差交际、现场发挥和应变能力。 2参赛收获1为教改提供了新的思路和参考 通过竞赛进一步促进机器人相关类专 业的教学内容与教学方法改革，深化校企合 作，引导专业教学改革和专业方向调整，以 适应产业快速开展的需要。技能竞赛也反映 了学生的个人素质、工作效率和团队意识， 培养了学生的团队协作能力、工作计划性与 时间管理能力、理解分析
12、能力等各项能力。 同时使我们进一步明确了行业与国家管理 部门对高职院校的要求与期望，也为学院高 职教学改革指明了方向。2促进与外界一样领域的交流 竞赛过程本身就是一个相互学习、相互 交流的过程。此次全国机器人竞赛，与全省、 乃至全国学界和业界人士进展广泛而深入 交流。在交流中学习，在学习中不断进步。3对专业教师提出了更高的要求 在竞赛现场，来自全国的 71 个队伍， 在机器人的结构设计、控制方法和手段、路 径规划等方面各显身手。赛场中不乏优良的 机械设计方案、也不乏良好的策略，许多东 西都是值得我们学习的。通过本次竞赛，教 师对高职人才培养方式改革、职业技能的培 养有了更深、更广的认识，将推动
13、教师加强 学习，并通过外出培训提高教师的理念水平 和实践能力，使骨干教师真正具有企业工程 师的实践能力，对实践中涉与到的一线理论 知识能够真正掌握，达到企业高级讲师或资 深工程师的教学水平。4培养了学生的综合能力 职业技能竞赛不仅需要学生过硬的技 术，还需要相应的综合能力。通过竞赛过程 中的组织、协调、演练和交流等环节，锻炼 了学生的语言表达能力、组织协调能力和团 队协作能力。这恰恰是职业院校培养“一技 之长+综合素质的人才培养目标的初衷， 对学生今后的就业和工作将有很大的帮助。5激发了学生学习兴趣 高职学生大局部都来自此前教育阶段 中成绩较差、升学无望者。在传统观念中， 他们是“失败者，但实际上他们绝非是智 力和能力不足。通过参与竞赛能够更好地调 动和激发学生的学习兴趣，让他们在竞赛项 目中增强自信，同时锻炼他们承受竞赛压力 和挑战的心理能力。使学生明确自己的学习 目的和学习任务，可以增加学习的效率，提 高学生的自主学习动机。
