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FLL机器人2016年比赛的几个使用技巧

FLL机器人工程挑战赛(2016)的几个创新点

湖南省湘潭县第一中学何文芝181********

机器人是集机械学、电子学、工程学、环境学、自动控制、计算机语言、人工智能等方面的综合性学科融为一体,按程序实现各种功能的机器。机器人比赛以培养学生的团队合作和技术素养为宗旨,要求学生从整体规划、结构布局、实施方案、设计制作到调试应用有一个机器人结构体系。是一项系统工程,任何环节上的不足和失误,轻者影响比赛成绩,重者则是功亏一篑,使训练时的汗水付之东流。同时也是提高学生素质综合实践性的重要课程,通过比赛在拓宽学生的知识面,促进学生全面而富有个性的发展上有着不可替代的作用。特别是在国家激励科技创新的新时代,机器人的教育更是为学生营造动手动脑、进行设计探索活动的环境,倡导学生积极主动、勇于探索的科学精神,组织学生进行探索的式学习,让学生充分发展智力,动手实践,积极合作,主动探究注入了新的活力。这对我国的机器人事业的发展,培养高素质人才起着重要作用。下面本文就FLL 机器人在今年比赛训练中的几个创新点进行介绍,供那些正在积极备赛的选手们参考。

一、机器人的搭建

机器人是整个过程中执行机械,也是活动中的基础部分。机器人的性能直接决定着比赛成绩。

首先,根据比赛场地,结构紧凑牢固是关键,占用空间大小适中,长宽高的比例有一定的限度,太宽乍地方过不去,太乍整机必然升高,机器重心升高,这容易翻倒;太长运动性能大为降低,转向不灵活。紧凑是没有多余的零件。我们选用大的摩托车轮做轮子保证了这个机器人的运动速

度,以及转向性能。

其次是外挂的策略物也要性能优良,能配合机器人主机,完成策略物所能完成的任务。能和外挂的策略物对接良好,能减少对接时间使有限的时间发挥更充分。

第三两个主动轮和万向轮的位置构成等边三角形。万向轮与动力轮太近易翻车,太远转向不灵活。且重心最好集中在中点,偏心也容易翻倒。机器人的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是用短线连着,此短线再和一根长约三米的USB公母头线配合,免得接口插动频繁而损坏,使控制器报废。

第四传感器的安装位置要科学化,要能接收传感信号双不影响工作的正常进行,还要能适用不同策略物的要求。各种引线布局要合理,不能太长和太短,长了运动不方便影响任务的完成,应设法在空隙的地方将多余的线固定。弹簧(橡皮筋)在机械行业有很重要的应用,特别是一些储能装置,机器人的某些场合注意使用。

二、创新点

1、北线任务

我们做的策略物对北面的任务书是一次完成。包括取回大包装箱模型、在卡车和工厂释放甲烷模型、取回分类器西边塑料袋模型、推动卡车及掉到卡车上黄色垃圾箱模型、黄色垃圾箱模型的释放和小包装模型带回基地。过程是这样的,机器人从基地出发,带着接大包装箱的小车,碰到工厂模型小车在弹簧的作用下自动释放,继续前进在光电传感器检测到第一条黑线带着服务卡车运动一段距离,此时正好是工厂模型放甲烷的地方,

由B电机带着挂甲烷的轴旋转45度同时放下位置在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)再前进一小距离把挂甲烷的杆落下挂到垃圾袋并旋转此轴,(称之为挂杆)使垃圾袋牢牢挂在转动杆上,再将挂杆提起与水平面成角50度继续前行,卡车和黄色垃圾箱一起运动。杆之所以要提起是前面有分类器模型,如果不抬起则不能通过;能弯曲是杆的伸出的基部装有万向器。再继续前行检测到第二根黑线机器人重新定位,再走一段距离释放卡车;它的原理是推动卡车前进的机械手是用线和挂甲烷的杆用线连着的,由于线的柔性,挂杆向下运动没有作用,而挂杆向上运动时由于线的长度有限,必然跟着挂杆向上运动而释放卡车。再继续往前运动检测到第三条黑线,行驶一小距离,放下带小包装箱的机械手,把小包装箱带回。回去仍然是检测到三条国黑线,第三黑线是标志线,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度左右,再次放下挂杆,使挂杆的顶部伸在大包装箱内并向压,由杆的压力将大包装箱带回基地。这里注意的是挂杆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。机器人结构图见力一,策略物见图二。经实践操作,我们的机器人需20秒左右,但得分有300分。

2、南线任务

南面的任务有投放轿车的引擎/风档、取混合肥料胼、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,并带上能接肥料胼的小车,当触动传感器到右边混合器模型触发小轮时,机器人释放小车,定位投放轿车的引

擎/风档,注意这时的小车是用线连着的,线的一端仍在基地。利用混合肥料落下要十几秒的时间,充分利用这段时间去完成另外的任务。机器人投放引擎/风档装置再往前方运动一小距离挑起甲烷模型迅速沿黑线绕过肥料混合器返回。最后去推倒建筑物取到贵重物品回到基地。这时制肥时间也差不多了,由回到基地的机器人原地拉线把连着装肥料胼的小车拉回基地,这一过程就完成了。

这里要特别注意机器人沿黑直线行走是光电传感器所起作用,在编程过程中要用到PID算法,这种算法很复杂,限于篇幅这里只能作简单介绍。机器人在巡线过程中是用双光电传感器挟着黑线前进,机器人的运动被传感器接收的光线亮度变化是一个渐变化的过程。从亮的部分往交界线可以看成是光线越来越暗变化,从暗的部分往交界线可以看成是光线越来越亮变化,被光电传感器检测获取数据。预先测出亮的部分的平均值和暗的部分的平均值(通过多点测量平均值的方法)用当前值去跟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,这样就能得出机器人大约偏离交界线的距离。偏离得越多需要调整的距离就越大,换言之,需要的电机的功率也就越大。通过差值的正负可以判断出是偏向亮的一边还是暗的一边,控制器作出判断控制电机的转速,然后增加或减小对应电机的功率,这样机器人在行进中不断修正两个电机的功率,达到巡线的目的。安装位置距前轮着地点6厘米左右,调整好光电传感器离桌面的高度和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机械巡迹,在机器人的北面装有两个导向轮,光电传感器起定位的作用。

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