天降之咎———FLL机器人工程挑战赛研究报告

  机器人是集物理结构、电学、数学计算学、通用技术模型制作工程学、计算机语言编程学等为一体自动控制的典型代表,它既含软件编程也含硬件开发,是一个非常好的培养我们综合素质和解决问题能力的学习工具。

  一、准备任务

  我们从《第十四届甘肃省中小学机器人比赛培训文件》中了解了今年的竞赛主题———机器人工程挑战赛———天降之咎。

  在老师的指导下,刘曈和张哲根据视频截图搭建场地,接着我们通过网络获取了有关天降之咎的相关素材,观摩了相关的视频资料,为课题的确立和完成任务研究打好了基础。

  二、分析整合任务

  竞赛共有19个需要完成的任务,而比赛时间仅有150秒,这对参赛者来说是一项非常艰巨的挑战。我们在商议后认为,要想在这么短的时间内完成任务,只有尽可能地将任务整合。

  根据任务的具体要求,首先要设计一个综合性功能好的机器人小车,然后将场地上的任务按地理方位、完成动作进行区域划分确定机器人行走路线,并根据确定的路线,将所有任务整合为4至5个大的线路项目,这样就能简化机器人的手动操作时间,提高完成效率。

  经过实践操作以及流程设计,我们最后将任务分为五大线路块。

  1.打树枝+拉宠物回基地。

  2.改变机器人装备,将运输车、救护车推到蓝区+推倒东面黄色建筑物+将三层建筑物、供给设备、人物拉回基地+抬高房屋,以利于后面的任务顺利完成。

  3.将三层建筑物建成五层建筑物推到粉红区+推起安全标志+拉回供给设备(音响、收音机、燃料)+打掉海啸。2、3两项路线任务综合性比较强又相互联系,之所以这么安排,主要考虑机器人的行走路线和任务的具体要求。

  4.将宠物、小人、水等供给设备运输到红区+打飞机。考虑机器人的高度、动力因素、场地的行走路线,将打飞机安排在这一阶段。

  5.最后机器人通过四轮驱动跨越障碍物到达红区,而不需要再返回基地,从而做到以最简单的机器人完成最难的任务。

  三、小车搭建及任务完成进度

  根据小组成员的不同特点,我们决定两人一组设计一个搭建方案,进行测试后再决定最终参赛完成任务的机器人小车。

  第一辆小车是由张哲、刘曈两位同学搭建,在任务装备上很不完善,完成任务准确率低。

  第二辆小车由张哲、姚珑和杨铎三位同学研究设计,考虑到需跨越障碍物,他们搭建了一辆履带式小车,但它的速度太慢,延长了完成任务规定的时间。

  总结前两辆车各自的优缺点后,我们设计搭建了一辆齿轮传动四轮驱动车,应用齿轮传动整体固定,搭建在小车的前部,经测试,其稳定性、驱动速度都不错,走直线也可以,但转弯时会偏离赛道,而且由于装备不能更换,个别任务无法完成。

  做第四辆小车时,我们请教了老师,又观看了国外有关机器人的视频,对前面三辆车存在的问题探讨研究后,又重新设计搭建了一辆具有齿轮加链条传动的小车。它可以更换装备,大大提高了完成任务的效率。

  但在编程测试任务时,我们又发现了新问题———转弯处单轮打滑准确度不高。经过反复测试,我们最终将小车两边的驱动单轮改为双轮,增加了车轮的着地面,使小车在转弯处能稳定转向定位,顺利完成下面的任务。这就是我们现在进行编程训练的第五个机器人。

  接下来,姚珑、杨铎进行任务编程,张哲、刘曈进行场地试车,查找问题。这是一个单调枯燥而又困难重重的阶段,我们利用一周时间完成了五个线路的基本编程测试。为了在参赛中取得优异的成绩,又在开学后进行集中训练,完善路线任务的编程测试,让机器人的行走路线做到最优化,并能根据实践情况作出需求分析、找到问题的解决方案。

  四、心得体会

  因为时间和水平等诸多的原因,目前为止,任务的完成情况仍然不够理想。虽然失败总比成功多,但我们在每一次失败中吸取教训,在成功中收获了知识和喜悦。正如比赛宣传中说的那样:最重要的是有乐趣。

  在设计制作过程中,我们接触了物理结构学、电子控制学,数学计算学、通用技术模型制作工程学、计算机语言编程学等,技术素养、动手能力和团队合作意识都得到不同程度的提升!

  (指导老师:许燕春)

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