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高职组机器人竞赛项目规程

2012年全国职业院校技能大赛

选拔赛高职组机器人项目规程细则

主办单位：贵州省教育厅职成教处

承办单位：北京中科远洋科技有限公司

一、赛项名称

机器人技术应用

主题：智能工厂

二、赛项指导思想

机器人项目方案将紧紧围绕大赛指导思想——适应国家产业结构调整与社会发展需要，展示知识经济时代高技能人才培养的特点；引领相关高职专业教育教学改革；注重展示和考察选手的职业道德与团队协作精神；吸引企业（用人部门）参与，提高高职教育社会认可度而展开。赛项综合了自动化、机械、计算机、物联网等专业技术，与机器人应用与推广需要有相应的使用和维护维修人才的需求相吻合，体现了高职教育主动服务经济建设，进而为提高我国机器人应用水平作贡献。通过机器人大赛，可以为高职教育工作者和学生提供一个体现创新、展示能力、交流经验、竞技角逐的大平台；同时也为专业教学改革、校企合作、展示高职风采提供一个良好的楔机。

三、竞赛目的

设计本方案的目的，寄希望于通过技能大赛，加快工学结合人才培养和课程改革与创新的步伐，探索培养企业需要的机器人使用、维护维修的高素质技能型人才新途径、新方法。

本方案通过信息技术创新手段，以智能机器人为载体，运用物联网技术在一定程度实现的智慧工厂模式，提炼竞赛内容；按照技术应用要求和策略选择（反映动手能力和体现创新意识）的实际过程编排竞赛过程；检阅参赛队组织管理、团队协作、工作效率、质量与成本控制、安全意识等职业素养；引导高职院校关注行业在“机器人技术应用”、“物联网技术应用”方面的发展趋势及新技术的应用；物化竞赛结果，提高竞赛成绩评定的客观性，增强观赏性和扩大宣传效应。促进智能机器人技术（尤其是自主识别、自主决策技术）及物联网射频识别技术的普及。

四、竞赛方式

采取团体比赛形式，每个高职院校选派1~2支代表队，每个参赛队由3名选手（设

场上队长一名）和1～2名指导教师组成。

模拟智能工厂的工作过程，由2台机器人相互配合实现比赛任务。

五、比赛内容与规则

图2 场地俯视图

本场地模拟了一个智能工厂的布局。

1、尺寸：大小为8米*6米。其中外围档板高10cm，材质为木工板。

2、货架：分为单面货架1个（3号货架，上下2层，可以存放6个工件）；双面货架2个（1号和2号货架，上下2层，分别可以存放12个工件）；1号货架存放位置编号A1-A6、B1-B6，2号货架存放位置编号C1-C6、D1-D6，3号货架存放位置编号E1-E6。

3、出发区：机器人正式启动前所停泊的区域，大小为1000mm*1000mm。

4、交通灯：3组交通灯，每一组交通灯有红绿2盏交通灯。比赛时，2组亮红灯，1组亮绿灯，机器人必须从绿灯下的道路通过。比赛开始后，安装在框架上的交通灯控制器将3组交通灯亮灯情况以无线通讯方式发送给机器人。

5、装配台：共有4个装配台，编号从0A-0D，在场地上按照顺时针摆放，机器人在此处将携带的工件根据任务中规定的要求进行堆放。每个装配台周围有一个

500mm*500mm的装配区。

6、工件：使用尼龙，30个工件，每个工件均贴有RFID标签，RFID标签符合

ISO18000-6C标准，内储存该工件的编号及工件名称、重量、基本尺寸等信息。

工件分为4种，形状均如图3所示，直径有80mm和60mm两种，每一种分为红蓝两色，具体为红色大直径工件9个（编号1-9）、红色小直径工件9个（编号10-18）、蓝色大直径工件6个（编号19-24）、蓝色小直径工件6个（编号25-30）。每个工件底部均开有圆孔，小直径工件可以叠加在大直径工件上。

图3 工件

7、仓库门：场地上有2扇仓库门，机器人必须通过仓库门进入或者离开仓库。

8、关键点：在场地上共有4个关键位置，前3个关键点代号分别是55、81、189，关键点4选取绿灯亮者所在点（即1组绿灯亮，关键点代号96；2组绿灯亮，关键点代号95；3组绿灯亮，关键点代号94），如图1中标注红色圆点处（注意：实际场地上并没有红点），当机器人运行经过这些关键点时，需要将位置信息上传给场边电脑。

所有比赛道具的图纸另外发布，各参赛学校可以根据图纸自行制作，也可以向大赛合作企业购买。

（二）、比赛机器人

大赛的机器人设备由机器人平台、扩展主板、机器人上部机构、RFID读写器、ZIGBEE 无线模块、监控软件组成，其中机器人上部机构需要参赛队自行开发。每个参赛队使用2台机器人，每队机器人总重不超过50公斤。

1、机器人平台：使用北京中科远洋科技有限公司的A200型机器人平台，组成如图4所示，参加过2011年全国技能大赛机器人项目的学校可以继续使用原来的A200平台。

机器人平台在使用中必须遵守以下几点平台使用规范：

（1）指定的机器人平台除了铝板可以拆卸外，其余所有部件需要更换时必须使用同型号、同规格的产品。

（2）机器人平台的电池、巡线传感器信号处理板、主控制板、电机驱动板、巡线传感器可根据上部机械机构及整体设计需求改变安装位置，平台的车轮、万向轮安装位置可以前后移动。

（3）机器人的供电全部来自于指定的三块电池，不能使用另外的供电方式。

（4）机器人的行走必须使用所提供的主控制器控制。

（5）机器人的运行必须依靠平台所提供的巡线传感器。

图4 A200机器人平台组成

每个参赛队必须使用大赛组委会指定的机器人平台，否则不得参加比赛，在此基础上自行设计机器人参加比赛，对指定的机器人平台所做的改动必须符合“机器人平台使用规范”的要求，否则不得参加比赛，成绩以0分计。

2．扩展主板：由北京中科远洋科技有限公司提供，用于扩展A200机器人平台的外部接口。

3．机器人上部机构: 由参赛队根据比赛任务自行设计制作。

4．RFID读写器：读写器通过RS232与机器人平台主控制板通讯，必须符合ISO

18000-6C标准。大赛使用北京中科远洋科技有限公司的ZKR6806M型嵌入式超高频读写模块。

5．ZIGBEE无线通讯模块：用于机器人与场边电脑以及机器人之间的相互通讯。大赛使用北京中科远洋科技有限公司的ZKM101型，如图5所示。

图5 ZIGBEE模块

6．监控软件：监控软件采用北京中科远洋科技有限公司开发的版机器人状态实时监控软件，软件安装在场边电脑上，由裁判操作，采集并显示机器人发来的信息，软件使用开发平台，参赛队需要将机器人运行的信息上传给场边电脑，机器人与场边电脑监控软件之间的通讯程序由参赛队根据公布的通讯协议编写，机器人与场边电脑监控软件之间的通讯协议见附件1。

监控软件拥有功能：

①比赛开始时，由裁判下发抓取工件任务（需要抓取的工件编号，每一台机器人指定4个工件）、下发工件装配任务（工件在装配台上安放位置）、下发交通灯控制命令、下发机器人启动命令。

②接受机器人上传的信息，显示当前车载工件数量、实时更新货架情况、实时更新装配区工件情况。

③接受机器人上传的信息，在场地图上实时显示机器人关键点位置信息。

④显示路灯状态。

六、比赛任务

1．任务要求：

（1）裁判使用场边电脑向机器人发出启动指令，并下发任务。

（2）机器人出发后，通过入库门进入仓库；

（3）仓库中的货架上共有30个工件，每个工件上贴有RFID标签型号：ZKRI1066D，具有唯一的信息，工件在货架上随机摆放，每个队从30个工件中，抓取8个指定编号的工件，由2台机器人共同完成，工件放在机器人上；同时，机器人将采集到的工件信息以及在货架上的位置信息发送给场边电脑。

每个队2台机器人，1号机器人指定抓取2个红色大直径工件和2个蓝色小直径工件，2号机器人指定抓取2个蓝色大直径工件和2个红色小直径工件。

（4）机器人通过出库门离开仓库。

（5）在仓库与装配区之间有3条道路，机器人接受红绿灯信息，从亮着绿灯的道

路上通过，前往装配区。

（6）在装配区，机器人按照指定的工件装配要求，将工件放置在装配台上，并将放置信息发送给场边电脑。

装配时，每个装配台放置2个工件，要求：同一种颜色的工件装配在一起，大直径工件在下，小直径工件在上。每个装配台所需要放置的工件颜色在比赛开始时，通过场边电脑下发给机器人。

（7）机器人在场上运行时，经过场上关键点时，将机器人位置信息发送给场边电脑。

2、竞赛时长：任务完成10分钟。

3、机器人要求：

（1）每台机器人由队员启动后必须是自主运动的。

（2）比赛开始后，由裁判给机器人下达启动指令，所有自动机器人可以依次启动，但是必须在50秒以内全部启动完毕，超过50秒后，没有启动的机器人再次启动必须申请重试。

（3）所有机器人在出发区放置完毕后，操作机器人的队员必须立即退出赛地，站在木质围栏外。

（4）一旦机器人启动，参赛队员不得接触机器人。

（5）启动前，所有自动机器人在启动区内必须纳入1000mm长、1000mm宽、1500mm 高的空间范围，机器人所有部件在水平投影的任何方向上都不能超出启动区。

（6）启动后，自动机器人的尺寸和形状可以改变，但高度限制在2000mm以内，任一时刻瞬时宽度不能超过1500mm。（在水平投影的任何方向上测量都应符合此要求）（7）比赛一旦开始，自动机器人不允许分离。

机器人在场上发生故障时，为保护机器人，参赛队员可以向裁判申请关闭机器人电源，但是关闭电源后，机器人在场上的位置不允许改变。

4、机器人的重试

（1）每场比赛每队允许一次“重试”（但可以利用该机会重启多个机器人）。

（2）“重试”的申请被裁判允许后，参赛队员必须把机器人搬回到机器人启动区，并尽快启动（允许人工启动），允许重试的机器人必须符合上述机器人的规定。

（3）“重试”时，机器人的任何部件均不能更换，机器人的能源也不能补充或增加，机器人已经抓取的工件可以继续放在机器人上。

（4）当“重试”违反规则时，由裁判作出裁决，包括“重试”是否有效。

（5）重试的时间是30秒钟，从队员入场接触到任何一台要重试的机器人开始计时。30秒内没有启动的机器人将被留在启动区。

5、能源

（1）比赛期间各队应为自己的所有机器人准备能源。

（2）允许使用的电源电压不得超过24VDC。

（3）压缩空气的压强应小于，每台机器人所用气瓶的总容积不应超过1.5L。

（4）不允许使用组委会认为危险和不适当的能源。

6、重量

所有机器人包括能源和机器人其他部件都必须在赛前称重，每个队用于整个比赛的所用的机器人总重不得超过50.00kg，否则，不得参加比赛，成绩以0分计。

七、评分方法

参赛队的成绩由上部机构设计分（占总分15%）、职业素养分（占总分5%）、和任务得分（占总分80%）组成。

（一）上部机构设计分评分方法

1.上部机构设计分满分为15分。

2.上部机构设计分由该场比赛裁判按照机构设计的自创性、先进性、合理性、稳定性和经济环保、可拓展性等因素进行评定。

（二）职业素养分评分方法

1.职业素养分满分为5分。

2.职业素养分由该场比赛裁判按照参赛队以下方面表现进行评定：

（1）公平竞赛，遵守赛场纪律。

（2）遵守操作规程，安全、文明参赛。

（3）冷静、高效，分工合作，一丝不苟。

（4）着装规范整洁，爱护设备，保持竞赛环境清洁有序。

（5）抗工作环境干扰能力强、善于与裁判沟通。

（三）任务得分

1. 任务得分满分为80分。

2．机器人接受场边电脑指令后启动，得1分/机器人

3．机器人从仓库入口进入仓库，得1分/机器人。

4．每个参赛队需要从比赛场地上的货架上鉴别并抓取8个指定的工件，放在机器

人上，2分/工件；向电脑上传工件信息并正确显示，1分/工件；上传工件在货架中位置信息并正确显示，分/工件。

5．机器人从仓库出口离开仓库，得1分/机器人。

6．机器人前往装配区时，正确感知途中路线情况，从绿灯处通过，得3分/机器人。

7．机器人进入装配区，按照正确顺序将工件放置在装配台上，得3分/工件；若安装顺序不正确，得1分/个；若没有放置在装配台上，但是进入了装配区，得分/个；向电脑上传装配台工件位置信息并正确显示，得1分/工件。

8．机器人在场地运行时，将经过的4个关键点位置发送给电脑，并正确显示机器人位置信息，得2分/点。

（四）违规扣分

选手有下列情形，需从比赛成绩中扣分：

1．在完成工作任务的过程中，因操作不当破坏赛场提供的设备，视情节扣5-10

分；

2．出现污染赛场环境，工具遗忘在赛场等不符合职业规范的行为，视情节扣5-10分。

八、安全

1.制成的所有机器人均不能对操作者、裁判、比赛工作人员、观众、对方的设备和比赛场地造成伤害。

2．为了保证安全，机器人电源电压不超过24V，如果使用激光束，必须低于2级激光，并以不伤害任何操作者、裁判、比赛工作人员、观众、对方的设备和比赛场地的方式使用。

九、成绩评定方式

比赛成绩按照总得分从高到底排列，若总得分相同，则按照完成任务的时间，用时少的队伍排名在前，最后决出一、二、三等奖。

此次竞赛设一等奖（10%）；二等奖（20%）；三等奖（30%）。

十、申诉与仲裁

（一）、申诉

1．参赛队对不符合竞赛规定的设备、工具、软件，有失公正的评判、奖励，以及对工作人员的违规行为等，均可提出申诉。

2．申诉应在竞赛结束后2小时内提出，超过时效将不予受理。申诉时，应按照规定的程序由参赛队领队向裁判组递交书面申诉报告。报告应对申诉事件的现象、发生的时间、涉及到的人员、申诉依据与理由等进行充分、实事求是的叙述。事实依据不充分、仅凭主观臆断的申诉将不予受理。申诉报告须有申诉的参赛选手、领队签名。

3．赛项裁判组收到申诉报告后，应根据申诉事由进行审查，6小时内书面通知申诉方，告知申诉处理结果。如受理申诉，要通知申诉方举办听证会的时间和地点；如不受理申诉，要说明理由。

4．申诉人不得无故拒不接受处理结果，不允许采取过激行为刁难、攻击工作人员，否则视为放弃申诉。申诉人不满意赛项裁判组的处理结果的，可向大赛仲裁工作组提出复议申请。

（二）、仲裁

1．赛项设仲裁工作组，负责受理大赛中出现的申诉复议并进行仲裁，以保证竞赛的顺利进行和竞赛结果公平、公正。

2．仲裁工作组的裁决为最终裁决，参赛队不得因对仲裁处理意见不服而停止比赛或滋事，否则按弃权处理。

十一、备注

本规则解释权归机器人项目专家组。

附件1

机器人与场边电脑通信协议

一、适用范围

适用于机器人与上位机之间的相互通讯。

二、物理接口

通讯方式：串行RS232

传输速率： 9600

字符格式：1个起始位、8位数据位、1位停止位、无校验。

三、帧

帧结构

帧结构如图所示，每帧内容包括：地址1BYTE，功能号1BYTE，数据nBYTE，校验2BYTE，通讯帧以HEX码传送，有效的数据范围为00H~FFH。

地址（ADDR）

参赛队机器人的代号，范围为1-200可设。功能号