自动搬运分拣机器人比赛方案v

20112011 年江苏省年江苏省 全国机器人大赛全国机器人大赛 比赛项目比赛项目 搬运分拣机器人比赛方案搬运分拣机器人比赛方案 目录目录 比赛简介 1 比赛目的 1 比赛内容及任务 1 项目 1 规定项目比赛 1 项目 2 技术挑战赛 1 比赛规则 2 规则一 比赛场地 2 规则 1 1 尺寸 3 规则 1 2 场地区域及标识 3 规则二 比赛用料块 5 规则三 场上机器人的数量 5 规则四 比赛队员装备 5 规则五 规则与裁判 6 规则六 比赛要求 6 规则七 比赛记分标准 6 规则 7 1 成绩及排名 6 规则 7 2 记分细则 6 搬运分拣机器人比赛平台 7 基础机器人平台 7 C51 AVR 单片机教学开发板 8 ARM Cortex M3 教学开发板 10 循迹传感器模组 10 摄像头图像采集套件 属可选配套件 提高起评分 提高精确度 11 新增新增 比赛简介比赛简介 比赛目的比赛目的 设计一个基于 8 位单片机或 ARM 控制的小型机器人 在比赛场地里移动 将不 同颜色 形状或者材质的物体分类搬运到不同的对应位置 比赛的记分根据机器人将 物体放置的位置精度和完成时间来决定分值的高低 它模拟了工业自动化过程中自动 化物流系统实际工作过程 比赛内容及任务比赛内容及任务 比赛任务为 在规定时间内 机器人分类搬运完毕物料 并回到出发点 比赛分组 比赛采用统一的比赛任务 但规定使用不同的控制平台 具体规则附 后 项目项目 1 规定项目比赛规定项目比赛 机器人从出发区出发 到达物料储存区后 分拣其赛前抽签决定好的任务 即从 5 个预知颜色料块 黄 白 红 黑 蓝 选 3 种颜色料块的已知 6 种组合 任务 中 选其中 1 个作为比赛任务 其料块均要求摆放在场地图的 A C E 位置 B D 位置不 放置物料 场地图参见比赛规则一 比赛场地 再按照设计好的控制策略控制机器人 动作 以便将三个料块快速准确地搬运到对应的三个颜色中心区域内 最后回到出发 区 项目项目 2 技术挑战赛技术挑战赛 比赛要求基本同项目 1 不同之处在于 参赛队需要从 5 个预知颜色料块 黄 白 红 黑 蓝 选 4 种颜色料块的已知 6 种组合 任务 中 选其中 1 个作为比赛任务 其料块均要求摆放在场地图的 A B D E 位置 C 位置不放置物料 再按照设计好的控制策略控制机器人动作 以 便将四个料块快速准确地搬运到对应的四个颜色中心区域内 并最后回到出发区 比赛规则比赛规则 规则一规则一 比赛场地比赛场地 智能搬运机器人规定 RC 1 0 场地 RC 1 1 1 材质及 表面要 求 场地的材质为木质 场地表面最大承重能力 100kg 各参赛队可自行制作 或 者直接在采用比较平整的地面即可 场地表面的材料为亚光 PVC 膜 各种颜 色和线条用计算机彩色喷绘的形式产生 参赛队可以从技术委员会指定的厂家 购买场地表面材料 RC 1 2 2 灯光 场地的照明要求 赛场的照度为 600Lux 到 1200Lux 之间 场地上各区域的照 度应柔和均匀 各区域照度差不超过 300Lux 实际的比赛场地四角会架设各 2 座 20W 色温 4000 6000K 的节能灯 光源高度为 2 米 A B C D E 规则规则 1 1 尺寸尺寸 比赛场地为正方形 规定如下 RC1 1 尺寸 边长为 1600mm 不含安全边界 公司提供的场地表面材料为 1500mm 1600mm 的长方形 规则规则 1 2 场地区域及标识场地区域及标识 比赛场地用直线 圆及数字进行标识 规定 RC1 2 1 场地及挡边 比赛区域为 1600mm 1600mm 正方形区域 底部白色 高度离开地面为 100 毫米 区域边缘有宽度 10mm 高度 100mm 挡边 即挡边最上沿离地面高度 200 毫米 自行练习时可以不设挡边等 RC1 2 2 出发区 底部顶点外接机器人出发区 其区域大小为 180mm 180mm 里侧布有出发 导引线 底部绿色 RC1 2 3 物料存储区 物料存储区为圆形 直径为 500 毫米 其中心位于场地正中心 线条宽度 为 20mm 颜色 50 灰色 用于放置物料 RC1 2 4 同心圆环区 物料搬运 目标区 5 个以场地正中心为圆心 距离中心均为 400mm 的同心等间距圆环组 同 心圆轮廓线颜色为 50 灰度 线宽 2 毫米 从圆环 搬运目标区 中心到 外围 半径分别为 22 5mm 37 5mm 52 5mm 67 5mm 82 5mm 97 5mm 112 5mm 127 5mm 142 5mm 157 5mm 同心圆间距分别写 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 字体高度 10mm 宋体 加黑 除了黑色 中心圆 10 字样为白色外 其中 5 个中心圆分别图黄色 白色 红色 黑 色 蓝色 RC1 2 5 搬运辅助线 同心圆环中心与出发区前侧中点 均分布在一个半径为 400mm 的圆周顶点 上 圆周上的 6 个点首尾相连 构成了凸六边形辅助线 凸六边形顶点与 场地中心分别相连 形成了 6 个等长的辅助线 辅助线为宽度 20mm 黑色 线 并可用于辅助机器人定位及搬运过程 RC1 2 6 物料摆放点 为物料存储区圆与搬运辅助直线的 5 个交点 分别命名为 A B C D E 在其旁边用白色字体标识出 RC1 2 7 场 地外安全边 界 场地周围 0 5 米处有高 400mm 厚 10mm 的方形白色木质围栏 外形尺寸为 2600 毫米 2600 毫米 比赛开始后 白色围栏内不得有人活动 详细如图 1 和图 2 图 1 场地立体示意图 图 2 场地平面示意图 带安全边界 机器人出发区 绿色边界为 180mm 180mm 中间黑色线宽 20mm 两边线宽 10 毫米 间距均为 28mm 居中布局 规则二规则二 比赛用料块比赛用料块 使用 5 个直径为 40 高度为 40 的料块 颜色分别为黄色 白色 红色 黑色 蓝色 推荐制作方法 先准备外径为 40 高度为 40 的白色 PVC 水管 在中间填充泡沫后 侧面用喷绘 不干胶贴装即可 规则三规则三 场上机器人的数量场上机器人的数量 参赛队必须有 3 个或以上机器人参加比赛 在比赛前 各个参赛队需要对于机器人 进行登记标识 规则四规则四 比赛队员装备比赛队员装备 为了能公平比赛 本次比赛对于参赛队使用的机器人做如下限制 以便各个参赛队能 在统一的平台上进行比赛 1 控制器要求 根据参赛队伍选择的控制器参加比赛 使用 Basic 语言编程的 BS2 微控制器 使用 C51 AVR 单片机二合一控制器 使用 Cortex M3 Arm 控制器 特别要求 为了便于参赛队搭建及动手装配机器人传感器等 要求以上特别要求 为了便于参赛队搭建及动手装配机器人传感器等 要求以上 3 种种 控制器都带有面包板 控制器都带有面包板 2 要求参加技术挑战赛的机器人必须使用 Cortex M3 控制器 以提高整体比赛水平 及增加比赛观赏性 3 只限定使用舵机驱动轮式移动机器人 轮子直径 80mm 最大速度 60rpm 左右 4 机器人可以在规则允许的条件下 扩展多种传感器来对机器人的比赛进行精确的 控制 以求更好的成绩 5 机器人尺寸 机器人在地面的投影不超出 长 280mm 宽 140mm 6 机器人总重量 1000g 规则五规则五 规则与裁判规则与裁判 每场比赛将委派两名裁判执行裁判工作 裁判员在比赛过程中所作的判决将为比 赛权威判定结果不容争议 参赛队伍必须接受裁判结果 裁判的责任 执行比赛的所有规则 监督比赛的犯规现象 记录比赛的成绩和时间 核对参赛队伍的资质 审定场地 机器人等是否符合比赛要求 规则六规则六 比赛要求比赛要求 比赛场地上有五个不同颜色 黄 白 红 黑 蓝 的得分区域 比赛前 1 个小时 由裁判通知参赛队对于将要搬运的料块颜色及布局 简称任务 进行抽签 参赛队根据确 定的任务进行准备调试 准备调试时间为 1 个小时 正式比赛前 所有机器人将统一收回 并摆放在指定区域 比赛时到摆放区域直接领正式比赛前 所有机器人将统一收回 并摆放在指定区域 比赛时到摆放区域直接领 取相应的机器人参加比赛 比赛完成再放回摆放地点 所有比赛结束方可领回机器人 取相应的机器人参加比赛 比赛完成再放回摆放地点 所有比赛结束方可领回机器人 各个队机器人参赛队也采取按照现场抽签决定比赛出场次序并进行比赛 每支参赛队伍的比赛时间为 15 分钟 一旦裁判宣布比赛开始则 3 台机器人的参赛时间 总和不能超过 15 分钟 规则七规则七 比赛记分标准比赛记分标准 规则规则 7 1 成绩及排名成绩及排名 每个参赛队伍以团体的方式参加比赛 每队由三名机器人队员完成比赛项目 取 三名队员的总成绩计算该队成绩来评定参赛队伍的比赛名次 比赛得分按照精度与速度综合的方式进行评分具体计算方式如下 1 每个机器人的精度分值 物体放置好后根据裁判的判定的结果三个颜色位置物 料放置的靶位环数相加的总和 以最小直径的包络环数计算成绩 2 每台机器人总成绩 精度分值 回出发点分值 0 或 2 3 团队总成绩 3 名机器人的参赛成绩的总和 奖励分 0 或 4 比赛排名 1 先以比赛团队总成绩计算名次 总成绩高者排名靠前 2 若总成绩一样 则以完成时间决定比赛排名 耗时更少者名次更靠前 规则规则 7 2 记分细则记分细则 1 参赛队比赛总分的计算 规定项目比赛 团队满分为 100 分 每个机器人物料分拣最高得分 3 10 位置精度最高 分 2 回到出发区得分 分即 32 分 三名队员得分 96 分 三个机器人都回 到出发点奖励 4 分 技术挑战赛赛 团队满分为 130 分 每个机器人物料分拣最高得分 4 10 位置精度最高 分 2 回到出发区得分 分即 42 分 三名队员得分 126 分 三个机器人都 回到出发点奖励 4 分 2 分拣得分原则 搬运完毕后 物料必须与机器人脱离 才能计算分数 3 回到出发点得分原则 比赛终止时刻 机器人若有一个轮子与地面的接触点在出发区域内 并且 机器人已经停止动作 则算已经回到出发点 若机器人无法自动回到出发点的 参赛队员可以口头通知裁判提前终止比 赛 则回到出发点项记分为零 4 出现以下的情况 不计算参赛队得分 即得分为零 参赛队伍为每队 3 台机器人参加比赛 每台机器人有 1 次比赛机会 时间 5 分钟 5 分钟内未回到出发点的 则不计得分 比赛整个过程中不能有人为干涉机器人完成比赛任务 一旦机器人启动则必 须自主完成比赛任务 如果有人为帮助的 则不计得分 比赛终止时刻 尚在移动的色块 不计算得分 比赛的 2 个或多个队之间发生互相借用机器人 则不计算相关队的得分 搬运分拣机器人比赛平台搬运分拣机器人比赛平台 基础机器人平台基础机器人平台 龙人系列教学机器人是目前扩展性最好及资源最完整 的机器人学习套件 可扩展 50 种以上的传感器及机构套件 并附有源代码 提供一系列基于项目的创新教材并提供例 程及课件 PPT 该机器人包括一个由两个伺服舵机驱动的铝合金机器 人对象和一块带有面包板的 C51 教学开发板 并根据不同 课程的需要配有一些基本的传感器和电子元器件包 使用 者可跟随所配的教材的章节和步骤 进行平台搭建 电路 搭接 编写程序 联机调试 下载至单片机微控制器 以 执行各种机器人操作 包括 沿线行走 走迷宫 跟随光 源 距离检测或与其他机器人进行通讯沟通 除此之外 还可以完成 AD 转换实验 DA 转换实验 实时时钟实验 数字温度计实验 外部存储器实验 按键实验和 LCD 显示 实验等单片机高级应用实验 通过以上学习和操作 让学生不仅学到了 C51 单片机原理和 应用技术 同时学习到了 C 语言程序设计的技能 机构对象机构对象 名称名称图片图片参数参数 360360 度伺服舵机度伺服舵机 外形尺寸 mm 40 5x20 0 x38 0 重量 45 0g 速度 0 19sec 60 扭矩 47 oz in 底盘底盘 底盘 1 个 电池盒 1 个 轮子和支撑脚轮 1 套 连接螺丝 1 套等 C51 AVRC51 AVR 单片机教学开发板单片机教学开发板 C51 AVR 教学板涵盖了由 AT89S52 组成的 51 单片机最小系统和由 ATMEGA8 组成 的 AVR 单片机最小系统 AT89S52 是一种高性能 低功耗的 8 位单片机 内含 8k 字节 ISP In system Programmable 在系统编程 可反复擦写 1000 次的 FLASH 只读程序存储器 器件采用 ATMEL 公司的高密度 非易失性存储技术制造 兼容标准 MCS51 指令系统及其引脚结构 在实际工程应用中 功能强大的 AT89S52 已成为许多高性价比嵌入式控制应用系统的解决 方案 对微控制编程采用德国 KEIL 公司出品的 51 系列单 片机 C 语言集成开发系统 通过该集成开发系统 可以 直接对单片机的 4 个 8 位的并行 I O 口 P0 P1 P2 和 P3 进行编程控制 这 4 个接口 既可以被定义为输入 也可以被定义为输出 可按 8 位处理 也可按位方式 1 位 使用 AT89S52 芯片是一个标准的 40 引脚双列 直插式集成电路芯片 ATmega8 作为 CPU ATmega8 是一种比 51 系列更为强 大的高性能 低功耗的 8 位单片机 不需要仿真机和编 程机 只需运用 ISP 电缆就可以对单片机的 FLASH 反复擦写 10000 次以上 因此使用起来 特别方便简单 尤其适合初学者使用 而且配置十分灵活 可扩展性特别强 在实际工程 应用中 功能强大的 ATmega8 已成为许多高性价比嵌入式控制应用系统的解决方案 对微控制编程采用 WinAVR 编辑器集成开发系统 通过该集成开发系统 可以对 AVR 系 列单片机拥有的 23 个可编程 并且内部带上拉电阻的并行 I O 口 PC PB 和 PD 进行编程 控制 这 23 个接口 既可作为输入 也可以作为输出 可按 8 位处理 也可按位方式 1 位 使用 单片机 ATmega8 是一个标准的 28 引脚双列直插式集成电路芯片 1 1 主要特点主要特点 通过两个跳线 实现 51 单片机和 AVR 单片机切换工作或同时工作 在一块控 制板上完成 AVR 和 C51 间的异种单片机间通信实验 配备各自独立的 RS232 接口 实现与计算机进行串行通信 配备各自独立的 ISP 接口 实现在系统编程 配备各自独立的 20PIN 排母接口 实现与其他设备如液晶屏 视频采集等套件 的连接 从而完成更多任务 为每种单片机配备 4 组 3PIN 电机驱动接口 为机器人的伺服电机提供电源和 驱动信号 提供 47mm 36mm 的实验面包板 结合单片机各 IO 口 可搭建电路 或与其他 传感器连接 完成更多的单片机实验 2 2 配件清单配件清单 电路板 包含电源模块和相关接口 Atmel 89S52 单片机 Atmel Atmega8 16PU 单片机 3 3 技术参数技术参数 尺寸 102 mm 97 mm 电源 6 9V 直流电源 晶振 11 0592MHz 89S52 4MHz AVR 4 4 89S5289S52 性能参数性能参数 与 MCS 51 单片机产品兼容 8K 字节在系统可编程 Flash 存储器 擦写寿命 1000 次 256 字节的片内 RAM 512 字节的片内 EEPROM 三级加密程序存储器 32 个可编程 I O 口线 三个 16 位定时器 计数器 八个中断源 全双工 UART 串行通道 低功耗空闲和掉电模式 掉电后中断可唤醒 看门狗定时器 掉电标识符 工作电压 4 2 5 5V 5 5 Atmega8Atmega8 性能参数性能参数 高性能 低功耗的 8 位 AVR 微处理器 8K 字节的系统内可编程 Flash 擦写寿命 10 000 次 512 字节的 EEPROM 1K 字节的片内 SRAM 23 个可编程的 I O 口 通过片上 Boot 程序实现系统内编程 两个具有独立预分频器 8 位定时器 计数器 一个具有预分频器 比较功能和捕捉功能的 16 位定时器 计数器 两个可编程的串行 USART 具有独立振荡器的实时计数器 RTC 三通道 PWM 8 路 10 位 ADC 可工作于主机 从机模式的 SPI 串行接口 具有独立片内振荡器的可编程看门狗定时器 工作电压 2 7 5 5V ARMARM Cortex M3Cortex M3 教学开发板教学开发板 该教学板以 Cortex M3 微处理器作为该板的控 制核心 包括了 Cortex M3 嵌入式系统的 JTAG 接 口 RS232 接口 CAN 总线接口 RS485 接口 USB 接口 以太网接口 A D 接口 D A 接口 LCD1602 接口 LCD12864 接口 TFT LCD 接口 CC1100 无线通讯接口 24L01无线通讯接口等 板 载 RTC 实时时钟 IIC EEPROM 还包括数字温度 传感器 覆盖范围广 便于教学 还安装了 150mm x120mm 大小的面包板 结合提供的接口 可以在上面搭建电路或连接传感器 支持多种供 电方式 DC 电源接口供电 支持 5 12V 宽电压 还可使用电脑 USB 接口供电 方便学生使用 该教学板既可以与两轮教育机器人和履带机器人等教育机器人结合 组成性能更加强 大的教育机器人系统 也可以单独用于嵌入式系统的学习和开发 主要技术指标 主要技术指标 1 开放式硬件结构 资源扩展丰富 2 在 PC 机上用软件对开发板进行编程 再通过 JLINK 仿真器连接 JTAG 口将程序下载 到开发板芯片中 拔去连接线 可按指令自主运行编写的程序 3 引出所有 I O 口方便二次开发或者科技创新 4 支持 80 路数字式输出 可以控制至多 80 个舵机 继电器 电磁阀 LED 灯 蜂 鸣器等 5 16 路 12 位模拟输入 IIC EEPROM RS232 RS485 可选通用接口 RS232 CAN 总线 可选通用接口 无线通讯接口包括 CC1100 无线通讯接口 NRF24L01 无线通讯接 口 另外还可以通过 TTL 串口扩展 2 4G XBee 无线射频模块 6 一线式温度传感器 DS18B20 麦克风输入及扬声器输出 支持多种显示接口 LCD1602 接口 LCD12864 接口 TFT LCD 接口 7 可配置扩展其他传感器或执行机构 如 灭火风扇 超声波测距 红外测距等 循迹传感器模组循迹传感器模组 循迹传感器模组由 4 组 QTI 传感器组成 经过组合使用 可以 使机器人完成跟随黑线运动的动作 另外我们也可提供焊装好 4 组 QTI 传感器的单块板方式下的套件 QTI 传感器由红外发射和接收器 组成 用来检测物体表面的反射率 原本是用在 机器人上检测边界 原理及其应用 当 QTI 传感器走过一个黑的表面 反射率较低 经过 一个亮的表面 反射率是较高 模块里面有一个 RC 电路 反射率的变化使得电路中的电流 变化 而导致 RC 电路充放电时间的变化 通过 RCtime 来测量反射率 来实现对特定的表 面 例如 黑胶带 进行跟踪 摄像头图像采集套件 属可选配套件 提高起评分 提高精确度 摄