簡易機(jī)器人設(shè)計(jì)（全國一等獎(jiǎng)）

簡易機(jī)器人設(shè)計(jì)1.制作簡易機(jī)器人需要哪些步驟？2.我們要制作什么機(jī)器人？學(xué)習(xí)導(dǎo)航一、設(shè)計(jì)與制作的流程

我們已經(jīng)對工程設(shè)計(jì)的基本過程有了認(rèn)識，機(jī)器人的設(shè)計(jì)也遵循這一過程。下圖給出了簡易機(jī)器人設(shè)計(jì)與制作的流程示意。二、設(shè)計(jì)任務(wù)的提出項(xiàng)目1：高臺滅火機(jī)器人

該項(xiàng)目模擬城市高層建筑發(fā)生火災(zāi)后實(shí)施滅火的機(jī)器人。【任務(wù)】制作一臺移動機(jī)器人，其上部帶有可升降的滅火裝置。機(jī)器人從場地中央出發(fā)自動尋找目標(biāo)火源，途中須繞開障礙物并在目標(biāo)前停下，然后升起滅火裝置將火撲滅?！緢龅嘏c要求】下圖是機(jī)器人滅火作業(yè)的場地示意，總體尺寸為1500mm×1500mm機(jī)器人的出發(fā)區(qū)在場地中心的橙色方框內(nèi)，從場地的四個(gè)角落中任選一個(gè)擺放蠟燭(火源)。蠟燭火焰高度為250mm。場地的每個(gè)角落都設(shè)有線(寬25mm)標(biāo)志的扇形禁區(qū)，機(jī)器人不得進(jìn)入。四個(gè)障礙物應(yīng)分別擺放在場地障礙區(qū)中的任意位置。機(jī)器人的任務(wù)是在最短的時(shí)間里找到火源，將其撲滅。該項(xiàng)目按照用時(shí)的長短來評估成績，用時(shí)少者為優(yōu)?！疽?guī)則】（1）機(jī)器人一旦啟動便不允許人為干預(yù)，即機(jī)器人必須由程序控制，而非人工控制。（2）機(jī)器人在撲滅火焰前必須已經(jīng)停在禁區(qū)線上，然后啟動風(fēng)扇，不允許機(jī)器人的任何部位接觸蠟燭，否則視為未完成任務(wù)。（3）機(jī)器人每次作業(yè)的時(shí)間以1min為限，超時(shí)則被終止。每臺機(jī)器人有3次運(yùn)行機(jī)會，取最好的成績計(jì)時(shí)。項(xiàng)目2：巡線運(yùn)球機(jī)器人該項(xiàng)目模擬在車間內(nèi)沿某一路線自動搬運(yùn)物品的機(jī)器人?！救蝿?wù)】制作一臺帶抓持手的移動機(jī)器人，它能沿地面上的引導(dǎo)黑線來回運(yùn)行，并用抓持手取下球架上的乒乓球，然后將球運(yùn)回球庫，以給定時(shí)間內(nèi)搬運(yùn)到球庫內(nèi)的乒乓球總數(shù)計(jì)算成績?！緢龅嘏c要求】

下圖是機(jī)器人巡線運(yùn)球場地的示意，場地尺寸為黑色引導(dǎo)線（寬251500mm×1500mm）。機(jī)器人引導(dǎo)黑線的寬度為25mm。

作業(yè)要求機(jī)器人在給定時(shí)間內(nèi)沿黑線往復(fù)運(yùn)動，搬運(yùn)盡可能多的球?！疽?guī)則】（1）機(jī)器人一旦啟動便不允許人為干預(yù)，即機(jī)器人必須由程序控制而非人工控制。機(jī)器人必須準(zhǔn)確停在T形線處，不得碰撞球架和球庫。

（2）如果在作業(yè)中機(jī)器人偏離引導(dǎo)黑線，允許將它取回出發(fā)區(qū)重試，但計(jì)時(shí)不中斷。作業(yè)時(shí)間為3min，按搬運(yùn)乒乓球的個(gè)數(shù)評估成績。探究嘗試機(jī)器人在完成項(xiàng)目任務(wù)時(shí)，整個(gè)過程通常可以分解為多個(gè)獨(dú)立動作的組合，如項(xiàng)目2中機(jī)器人的動作就包括巡線前進(jìn)、在球架前停止、抓球等。試給出兩個(gè)項(xiàng)目中機(jī)器人完成作業(yè)任務(wù)需要的動作序列，討論一下執(zhí)行這些動作可能需要哪些傳感器。三、設(shè)計(jì)方案的制訂設(shè)計(jì)任務(wù)明確之后，需要對機(jī)器人應(yīng)具備的功能進(jìn)行分解，制訂相應(yīng)的設(shè)計(jì)方案。下面以項(xiàng)目1為例，嘗試如何對高臺滅火機(jī)器人進(jìn)行功能分解，然后制訂與論證方案。下表歸納了該機(jī)器人的功能解決辦法、設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)及具體方案?；顒友由?/p>

參照下表，由同學(xué)們嘗試制訂出項(xiàng)目2的機(jī)器人設(shè)計(jì)方案。機(jī)器人賽事

機(jī)器人比賽入門難度不高，參與性與觀賞性強(qiáng)，是一項(xiàng)非常適合科學(xué)普及和科技競賽的主題。目前，各類機(jī)器人賽事名目繁多，范圍遍及世界。影響較廣的有以下幾項(xiàng)：

1.機(jī)器人足球世界杯：讓機(jī)器人與人類足球隊(duì)同場競技是繼國際象棋人機(jī)大戰(zhàn)后科學(xué)家們設(shè)想的又一挑戰(zhàn)，機(jī)器人足球世界杯正是這一設(shè)想的初級階段。目前，國際上有關(guān)機(jī)器人足球的賽事主要有兩個(gè)：日本主辦的Robocup(RobotWorldCup)和韓國主辦的Mirosot(Micro-RobotWorldCupSoccerTournament)2.機(jī)器鼠比賽：機(jī)器鼠比賽屬于單機(jī)器人表演賽，早先是讓機(jī)器鼠穿越迷官耗時(shí)最短者獲勝，后來的比賽又增加了機(jī)器鼠巡線和機(jī)器鼠操作兩個(gè)項(xiàng)目。它是最早的機(jī)器人賽事之一，并迅速在世界范圍內(nèi)普及。3.亞太大學(xué)生機(jī)器人大賽：由“亞洲太平洋地區(qū)廣播電視聯(lián)盟”倡導(dǎo)，旨在促進(jìn)亞太地區(qū)大學(xué)生之間的科技創(chuàng)新和交流。比賽從2002年起每年在亞洲各國輪流舉辦，每屆都有不同的主題。作為該