赢在创新

来源 :发明与创新·中学生 | 被引量 : 0次 | 上传用户:guw2000
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  机器人比赛以培养学生的团队合作和技术素养为宗旨,技术上要求学生有整体规划、精心策划、程序优化、实施细化的全局观念,从设计制作到调试应用有一个总体的机器人架构模型,是一项科学严谨的系统工程。任何环节上的失误,轻则影响比赛成绩,重则前功尽弃,使训练时的汗水付之东流。
  本文就FLL机器人在今年比赛训练中的几个创新点进行评析,以供选手参考。
  2.外挂的策略物应性能优良
  要求外挂的策略物能配合机器人主机,运用机械传动原理与机器人对接良好,转动灵活,最大限度减少对接时间,确保快速完成任务。
  3.两个主动轮和万向轮的位置构成等边三角形
  万向轮与动力轮距离太近易翻车,太远则导致转向不灵活。机器人的重心最好集中在中点,控制器的屏幕和按键要在外层,便于观察数据和操作。充电插口和数据线插口前不能有障碍物,方便充电和下载程序。机器人主机的数据线接口在实验阶段最好用短线连接,此短线再与一根长约3米的USB公母头线配合,避免接口插入频繁而被损坏,使控制器报废。
  4.传感器的安装位置要合理
  传感器要能接收传感信号又不影响正常工作,还要能适应不同策略物的要求。各种引线应合理布局,弹簧(橡皮筋)在机械行业应用广泛,特别是一些储能装置,机器人的某些场合可合理使用。
  二、创新点
  1.北线任务
  今年比赛北线任务占了大部分。包括取回大包装箱模型、在卡车和工厂释放甲烷模型、取回分类器西边的塑料袋模型、推动卡车及掉到卡车上的黄色垃圾箱模型、黄色垃圾箱模型的释放、将小包装模型带回基地。
  具体过程是:机器人从基地出发,带着接大包装箱的小车,遇到工厂模型小车后在弹簧的作用下自动释放,继续前进。光电传感器检测到第二条黑线后机器人实施定位,并倒退一次,使左边的两个导轮靠墙壁后带着服务卡车运动一段距离。此时正好是工厂模型释放甲烷的地方,由B电机带着挂甲烷的轴旋转45°,同时放下处于工厂模型的甲烷和卡车上的甲烷(由程序保证两个投放点在同一直线上)。再前进一小段距离把挂甲烷的杆(称之为挂杆)落下,挂到垃圾袋上并旋转此轴,使垃圾袋牢牢地挂在转动杆上,将挂杆提起与水平面成50°角后继续前行,卡车和黄色垃圾箱一起运动。
  杆之所以要提起,是因为前面有分类器模型,如果不抬起则不能通过;能弯曲是因为杆伸出的基部装有万向器。
  再继续前行检测到第三根黑线时,机器人重新定位,行进一段距离后释放卡车。推动卡车前进的机械手用线和挂甲烷的杆连接,由于线具有柔性,挂杆向下运动时不会受影响,而向上运动时由于长度有限,线会跟随挂杆向上运动而释放卡车。
  继续往前运动检测到第四条黑线,行驶一小段距离,放下带小包装箱的机械手,把小包装箱带回。回去仍然检测到三条黑线,第二条黑线是标志线,由机器人发出信号放下挂杆,将工厂西边的环拉出,大挂件滑出再送进去,然后抬起挂杆,让机器人旋转80°左右,再次放下挂杆,使挂杆的顶部伸入大包装箱内并向下压,由杆的压力将大包装箱带回基地。由大功率电机经减速带动挂杆的升降,挂杆的自转由小电机驱动。机器人的直线行走是靠北面导轮起作用。
  机器人结构图见图一,策略物见图二。经实践操作,我们的机器人需20秒左右完成任务,但能获得300分。
  2.南线任务
  南线任务有投放轿车的引擎/风档、取混合肥料、取回甲烷和清理垃圾袋。
  机器人由基地出发,由双光电传感器找到向东的黑线并直行。这时的策略物装有触点传感器的联动机构,并带上能接肥料的小车。当触动传感器触发右边混合器模型的小轮时,机器人释放小车,定位投放轿车的引擎/风挡。
  这时的小车是用线连着的,线的一端仍在基地,可利用混合肥料落下的十几秒时间去完成其他任务。
  机器人投放引擎/风挡装置再往前方运动一小段距离,挑起甲烷模型后迅速沿黑线绕过肥料混合器并返回,最后推倒建筑物取到贵重物品回到基地。
  这时制肥时间也即将临近,由回到基地的机器人原地拉线把连着装肥料饼的小车拉回基地,这一过程就完成了。
  需特别注意的是,机器人沿黑线行走是光电传感器在起作用,编程过程中需用到PID算法,这种算法很复杂,限于篇幅这里仅做简单介绍。
  机器人在巡线过程中用双光电传感器挟着黑线前进,因传感器接收的光线亮度变化是一个渐变的过程,从亮的部分往交界线可看成光线越来越暗,从暗的部分往交界线可看成光线越来越亮,由此获取数据。
  预先测出亮的部分的平均值和暗的部分的平均值,用当前值与这两个值的平均值求差,差的绝对值越大说明机器人偏离路线越远,反之就越小,继而得出机器人大约偏离交界线的距离。
  这一控制信号反映到控制器并做出判断,控制电机的转速,实际上是机器人在行进中不断修正两个电机功率、达到巡线目的。传感器的安装位置不能距前轮太近,调整好它离桌面的高度、电机的基础功率就能达到比较平顺的巡线效果。
  北线的巡线走直线主要是机械循迹,机器人的北面装有两个导向轮,在导向轮的作用下机器人做直线运动,远离墙壁的电机功率需稍大。光电传感器起定位作用,碰到黑线释放或带回模型。南线任务策略物见图三。
  关于程序问题应先做好预案,比赛时应注意被取消的任务,是取消程序还是改变策略物,视具体情况而定。
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