全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽

/第六屆全國高校生工程訓(xùn)練綜合實力競賽命題二說明1競賽命題本項競賽題目為“智能物料搬運機(jī)器人競賽”。自主設(shè)計并制作一款能執(zhí)行物料搬運任務(wù)的智能移動機(jī)器人。該機(jī)器人能夠在規(guī)定場地內(nèi)自主行走，通過掃描閱讀二維碼領(lǐng)取任務(wù)，自主找尋、識別任務(wù)指定的物料，按任務(wù)要求的依次將其搬運至指定的存放地點，并依據(jù)要求的位置和方向擺放。依據(jù)現(xiàn)場抽簽確定抓取物料的類型，現(xiàn)場設(shè)計機(jī)器人末端抓取裝置（手爪），運用3D打印或激光切割設(shè)備完成制造，安裝于參賽機(jī)器人手臂末端后進(jìn)行現(xiàn)場運行競賽。本項目參賽所要求的實物和文件均由參賽學(xué)生自主完成。2題目要求2.1參賽機(jī)器人的功能要求應(yīng)具有場地目標(biāo)位置識別、自主路徑規(guī)劃、自主移動、二維碼讀取、物料顏色識別或形態(tài)識別、物料抓取和搬運等功能；全部競賽過程由機(jī)器人自主運行，不允許運用遙控等人工交互手段及除機(jī)器人本體之外的任何協(xié)助裝置。2.2參賽機(jī)器人的電控及驅(qū)動要求主控電路采納嵌入式解決方案（包括嵌入式微限制器等），實現(xiàn)二維碼讀取、自主定位、物料識別、以及路徑規(guī)劃及運動限制等功能，所用傳感器和電機(jī)的種類及數(shù)量不限。自行設(shè)計制作主控電路版，其上須帶有電機(jī)驅(qū)動電路及任務(wù)內(nèi)容顯示裝置，該顯示裝置能夠持續(xù)顯示二維碼任務(wù)信息直至競賽結(jié)束。機(jī)器人驅(qū)動電源供電電壓限制在12V以下（含12V），電池隨車裝載，場內(nèi)賽程中不能更換。2.3參賽機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)要求自主設(shè)計并制造機(jī)器人的機(jī)械部分，該部分允許采納標(biāo)準(zhǔn)緊固件、標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)零件及各類商品軸承。機(jī)器人的行走方式、機(jī)械手臂的結(jié)構(gòu)形式均不限制。機(jī)器人腕部和末端抓取裝置（手爪）的連接界面結(jié)構(gòu)自行確定。除末端抓取裝置（手爪）在競賽現(xiàn)場設(shè)計制作外，其他均在校內(nèi)完成，所用材料自定。2.4參賽機(jī)器人的外形尺寸要求進(jìn)入場地參賽的機(jī)器人（含末端抓取裝置（手爪））應(yīng)能夠通過一個尺寸和一張A4紙相當(dāng)?shù)拈T框方可參與競賽?！癆4門框”橫向或豎向放置均可。允許機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計為可折疊形式，但通過“A4門框”后應(yīng)能自行綻開。2.5搬運物料待搬運物料的形態(tài)為簡潔機(jī)械零件的抽象幾何體，包括圓柱體、方形體、球體及其組合體，物料的各邊長或直徑尺寸限制在30～80mm范圍，重量范圍為40～80g，以上形態(tài)和參數(shù)的詳細(xì)選擇將通過現(xiàn)場抽簽確定。物料的材料為塑料或鋁合金，表面粗糙度Ra≥3.2。物料有顏色區(qū)分：顏色為紅（RGB值為255，0，0）、綠（RGB值為0，255，0）、藍(lán)（RGB值為0，0，255）三種顏色。在競賽場地內(nèi)固定位置設(shè)有物料提取區(qū)和物料存放區(qū)。物料提取區(qū)長×寬×高為500×100×80（mm），木質(zhì)或塑木材料，淺色亞光表面。物料存放區(qū)為長×寬×高為800×300×0（mm）區(qū)域，由三組不同顏色的同心圓和十字線構(gòu)成，每組同心圓和十字線為同一種顏色。2.6競賽場地賽場尺寸為2400mm×2400mm方形平面區(qū)域，四周設(shè)有高度為100mm的白色或其他淺色圍擋板，并以高度和寬度均為20mm的擋板將場地一分為二，機(jī)器人只能在擋板所圍區(qū)域內(nèi)活動。賽道地面為亞光人造板或合成革鋪就而成，基色為淺黃色或其它非紅、非綠、非藍(lán)色；地面施劃有間隔為300mm的黑色方格線，經(jīng)線為線寬20mm的單線，緯線線寬為15+10（間隔）+15mm的雙線，可用于機(jī)器人行走的地面坐標(biāo)位置推斷。見圖5、圖6所示。競賽時，2臺機(jī)器人同時進(jìn)入上述場地并在各自區(qū)域內(nèi)定位和運行。假如出現(xiàn)越界并發(fā)生阻礙對方機(jī)器人移動或工作的狀況，將被人工提起回退至上一工作地點重新運行，所用時間不會從競賽計時中減除。圖5智能物料搬運機(jī)器人建賽場地設(shè)置平面圖圖6智能物料搬運機(jī)器人建賽場地設(shè)置三維示意圖2.7任務(wù)二維碼在賽場圍擋內(nèi)側(cè)垂直安裝2個顯示屏不小于9.7寸的平板電腦，用于顯示給機(jī)器人讀取任務(wù)的二維碼。二維碼尺寸為100×100（像素）。二維碼信息被設(shè)置為“1”、“2”、“3”三個數(shù)字的組合，如“123”、“321”等。其中，“1”對應(yīng)紅色，“2”對應(yīng)綠色，“3”對應(yīng)藍(lán)色。數(shù)字組合表明白物料搬運過程中不同顏色物料的搬運依次。平板電腦中存有不少于6種任務(wù)的二維碼，競賽時隨機(jī)播放。3競賽環(huán)節(jié)3.1第一輪智能物料搬運機(jī)器人場地競賽環(huán)節(jié)經(jīng)現(xiàn)場抽簽確定待搬運物料的形態(tài)組別（圓柱體、長方體）以及各參賽隊的賽場號位。物料的直徑或底邊長為50mm，高度為80mm,重量約為60g。三種不同顏色的物料放置在物料提取區(qū)，物料間距為150mm。參賽隊將其參賽機(jī)器人放置在指定動身位置。按統(tǒng)一號令啟動，計時起先。機(jī)器人行至二維碼識別區(qū)，通過二維碼讀取須要搬運的三種顏色物料的依次，再移動到物料提取區(qū)依據(jù)任務(wù)要求的依次依次將物料搬運并精確放置到物料存放區(qū)對應(yīng)的顏色區(qū)域內(nèi)，完成任務(wù)后機(jī)器人回到動身區(qū)域。記錄完成競賽所耗用的時間及物料放置的精確性。機(jī)器人需在5分鐘時間內(nèi)完成競賽，用時少者得分高，物料放置位置的精確程度也影響得分。每隊有2次機(jī)會，取2次成果中的最好成果。3.2機(jī)器人手爪的設(shè)計及制作環(huán)節(jié)經(jīng)抽簽確定一種搬運物料的重量組別、尺寸組別、形態(tài)組別（圓柱體、方形體、球體及其組合）以及各參賽隊的賽場號位。每支參賽隊派出1名隊員，針對抽取的物料組進(jìn)行機(jī)器人末端工具（機(jī)器人手爪）的設(shè)計，參賽隊員須自帶筆記本電腦和自裝的設(shè)計軟件。設(shè)計完畢之后在3D打印機(jī)或激光切割機(jī)上完成機(jī)器人手爪的制作，本項內(nèi)容在規(guī)定時間內(nèi)完成得滿分，違規(guī)或延時完成者減分，不能完成者不得分。3.3主控電路板焊接和調(diào)試環(huán)節(jié)由1名參賽隊員參和此環(huán)節(jié)競賽。在事先打算好的（主控電路）PCB板上焊接全部的分立元器件和集成電路插座，并完成調(diào)試。本環(huán)節(jié)內(nèi)容在規(guī)定時間內(nèi)完成得滿分，違規(guī)或延時完成者減分，不能完成者不得分。3.4機(jī)器人機(jī)電聯(lián)合調(diào)試環(huán)節(jié)各隊3名隊員一起，將原來參賽機(jī)器人上的手爪和主控板拆下交給裁判員，領(lǐng)回新加工的手爪和主控電路板安裝到參賽機(jī)器人上，并完成調(diào)試。本項內(nèi)容在規(guī)定時間內(nèi)完成得滿分，違規(guī)或延時完成者減分。假如新制作的手爪有問題，可申請運用原來的手爪，扣10分，同時后續(xù)運行競賽得分扣除40%；假如主控電路板有問題，可申請運用原來的主控電路板，扣5分，同時后續(xù)運行競賽得分扣除20%；聯(lián)調(diào)無法完成者不能進(jìn)入后續(xù)競賽。3.5其次輪智能物料搬運機(jī)器人現(xiàn)場競賽環(huán)節(jié)用裝配調(diào)試完成的小車，再次進(jìn)行物料搬運競賽，規(guī)則同2.3.1。3.6現(xiàn)場問辯環(huán)節(jié)依據(jù)參賽隊數(shù)量，經(jīng)各隊自愿申請或通過抽簽產(chǎn)生參與答辯環(huán)節(jié)的參賽隊。答辯問題涉及本隊參賽作品的設(shè)計、制造工藝、成本及管理等相關(guān)學(xué)問。參和答辯的參賽隊按答辯得分由高到低排序，得分高于答辯平均分的隊將獲得總分加分，得分低于答辯平均分的隊將得到總分減分。4方案文件評審各參賽隊需做出針對參賽項目的工程設(shè)計方案文件并在參賽報到時提交，共4種文件，每種文件紙質(zhì)版一式兩份，電子版1份；4種文件總分60分，分別為：1）結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，15分；2）限制系統(tǒng)電路設(shè)計方案，15分；3）加工工藝方案，15分；4）創(chuàng)業(yè)企劃書，15分。所提