自动搬运分拣机器人比赛方案

2011年江苏省/全国机器人大赛赛项目

搬运分拣机器人比赛方案

目录

比赛简介..........................................................................2

比赛目的......................................................................2

比赛内容及任务...............................................................2

项目1规定项目比赛......................................................2

项目2技术挑战赛........................................................2

比赛规则..........................................................................3

规则一比赛场地.............................................................3

规则1.1尺寸.............................................................4

规则1.2场地区域及标识..................................................4

规则二比赛用料块...........................................................6

规则三场上机器人为数量.....................................................6

规则四比赛队员装备.........................................................6

规则五规则与裁判...........................................................7

规则六比赛要求.............................................................7

规则七比赛记分标桂.........................................................7

规则7.1成绩及排名.......................................................7

规则7.2记分细则.........................................................7

搬运分拣机器人比赛平台...........................................................8

基础机器人平台...............................................................8

C51/AVR单片机教学开发板.....................................................9

ARMCortex-M3教学开发板....................................................11

循迹传感器模组..............................................................11

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）...............12

比赛简介

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1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2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

规则一比赛场地

智能搬运机器人规定

RC-1.0

场地

RC-1.1.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

1材质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

及表面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

要求买场地表面材料。

RC-1.2.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

2灯光应柔和均匀，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。

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180mmX180mm,中间黑色线宽20mm，两边线宽10奈米,

间距均为28mm,居中布局。

规则二比赛用料块

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。

①使用Basic语言编程的BS2微控制器。

（2）使用C51/AVR单片机二合一控制瑞。

③使用Cortex-M3Arm控制器。

④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Corte>:-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W80mm。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280mmX宽140mm。

6、机器人总重量W1000go

规则五规则与裁判

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

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。

规则七比赛记分标准

规则7」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7.2记分细则

1、参赛队比赛总分的计算

①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。

②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）：

①参赛队伍为每队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。

②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

自主完成比褰任务，如果有人为帮助的，则不计得分。

（3）比赛终止时刻，尚在移动的色块，不计算得分。

④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

基础机器人平台

龙人系列教学机器人是FI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PPL

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

名称图片参数

外形尺寸(mm)：40.5x20.0x38.0

重量:45.0g

360度伺服舵机

速度：0.19sec/60。

扭矩:47oz-in

底盘1个

电池盒1个

底盘

轮子和支撑脚轮1套

连接螺丝1套等

C51/AVR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-systemProgrammable,

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、Pl、P2和P3送

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O

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ATmcga8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）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47mniX36mm的实验面包板，结合单片机各10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)配件清单

。电路板(包含电源模块和相关接口)

♦Atmel89s52单片机

AtmelAtmega8T6PU单片机

3)技术参数

❖尺寸：102nunX97nun

❖电源：6〜9V直流电源

❖晶振：11.0592MHz(89S52)4MHz(AVR)

4)89s52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10C0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)Atmega8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

❖】K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/计数搭，

❖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

ARMCortex-M3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、TFTLCD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150mmxl20mm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：

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JUNK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,RS232RS485可选通用接口，RS23RCAN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2.4GXBee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，TFTLCD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

循迹传感器模组由4组QTI传感器组成，经过组今使用，可以

使机器人完成跟随黑线运动的动作，另外我们也可提供库装好4组QT【

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,Illi1|

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。O1111»

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

RCtimc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）

主要功能：以17帧每秒的速度跟踪用户定义的颜色点，寻找到这个颜色的中心

点：80X143的分辨率；2600波特的TTL串行通信；自动检测一个颜色点然后

驱动电机去跟踪物体；控制1个电机或者1个数字I/O

11、报价（单位人民币元）

序号型号名称配置数量单位报价

1.C51+AVR二合一教学开发板，

2.两轮小车对象，

3.QT［传感器模块，

4.尼龙隔离片，

5.各颜色跳线，

C51+AVR版6.3针公对公排针，

DM-E255

1搬运分拣机7.10英寸的伺服电缆延长线，1套2800

-BY

器人套件8.定制金属手爪，

9.接头螺钉螺柱，

10.可充电电池，

11.《C51单片机与小型机器人制

作》电子工业出版社正式教材，

12.仪表箱包装

1.ARMCortex-M3教学开发板

2.两轮小车对象，