淺談FTC競賽機器人的設計和組裝

呂文熙

摘 要：習總書記提出的利用工業制造4.0實行我國工業現代化彎道超車的偉大目標，智能機器人是關鍵。當前所有機器正在走向智能化和自動化，智能機器人也是現在乃至未來的熱點，向青少年進行機器人的普及是非常必要的，可以提高青少年的創新實踐能力和科學研究能力。本次研究通過FTC機器人的競賽，來對一種基于光電和顏色識別傳感器裝置和子彈裝幀結構進行配合的競賽機器人進行設計和組裝，并通過自己親身經歷的思考對機器人競賽等一系列創新活動進行探索。

關鍵詞：FTC競賽 機器人 設計 組裝

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）11（b）-0123-02

習總書記提出的利用工業制造4.0實行我國工業現代化彎道超車的偉大目標，智能機器人是關鍵。智能機器人作為一種智能化兼具自動化的機器，在人類的生產生活中占據著日益重要的地位，并且機器人的發展也是衡量一個國家的綜合實力的重要因素。同時，機器人科學具有非常強的綜合性，主要涉及計算機、數學以及物理等重要學科，并且對制作者的要求也非常高，需要制作者能夠掌握機器人的編程、設計方案以及搭建方法，與此同時，還需要對及其的使用方案和工作的原理進行了解，這就對制作者的科學知識、綜合素質、團隊合作精神以及應變能力的要求更加提高了。并且機器人科學具有濃厚的趣味性，能夠提高學生對這類科學學習的積極性。FTC競賽是一項具有非凡意義的機器人賽事，其英文全稱為“First Tech Challenge”，它的意思是具有高科技性質的挑戰賽，主要是面向16歲左右的高中學生。近幾年來，此競賽已多次在國內舉辦，并產生了較大的影響，并且能夠提高我國青少年的實踐能力和創新能力。本次研究主要對FTC競賽機器人的設計和組裝進行研究。

1 FTC機器人競賽的介紹

此競賽主要分為兩個階段，分別為自動階段和手動階段。其中，自動階段主要是比賽開始的30s之后正式進入此階段，機器人在運行的過程中需要依照之前的設置來進行運行。在此階段開始之前，從兩個方位中任選其一，并將球投入籃筐之中。機器人可通過相關操作進行獲取分數，例如，機器人將球進行收集后，通過自動收球技術和子彈裝幀結構將球彈出，然后機器人通過全場定位技術從平臺駛離，然后移動至駐停區。手動階段的時間為2min，機器人在手動階段的主要任務是將球進行收集，并將球投入到籃筐之中，需要對球控制的穩定性和速度。手動階段的后30s為競賽的結束階段，當處于比賽結束階段時，機器人進入駐停區之內，則競賽分隊可以得到加分。

2 基于傳感器裝置和抬升裝置進行配合的競賽機器人進行設計和組裝

在FTC競賽開賽之后，即開始進行團隊的組織和明確各自的分工，在8人團隊之中，機器人搭建的工作可以通過4個人來進行完成，程序編寫的任務可通過2個人來進行，其他2人可以作為操作者。根據上述對FTC機器人競賽的介紹可知，其競賽的主要任務就是在地面無規則存放小球，將小球通過機器人拾起，然后將小球置于籃框之中。此項競賽的目標較為明確，屬于單一形式的項目競賽，將這一項任務能夠較好地完成，可以通過使用四輪小車機器人（彈式投球）來進行對任務的完成。此四輪小車的4個輪子能夠向各方向進行前進和后退，但需要強力的馬達做支撐，以使四輪小車機器人的動力充足。但是若要在此次任務中獲勝，只依靠此四輪小車機器人進行參加競賽是不能夠完成任務的，所以應該將效率和功能方面的多樣化進行統一，同時這也符合當前科技發展的主要趨勢。

對研究的方向進行確定之后，接下來的任務就是進行具體的設計工作和構建工作，同時，對總體進行考慮是非常必要的。在進行搭建底盤的時候，需要保持底盤的平整性。本次使用的底盤是利用數字加工技術和碳纖維板材制作而成的，此板材需要對后期線路的排布進行考慮和規劃，例如馬達以及伺服的數量需要多少個、電池安放的主要方法以及NXT等。這些事項都必須提前進行規劃，與此同時，還需要考慮將球置入桶中最簡潔、最高效的方法。在此環節中，可分為收球以及放球兩個環節。球與其他形狀的物體相比，具備一定的彈性，因此對球以“投”的方式進行操作自然會得到彈性的助力，關鍵難點就在于球彈出的穩定性和速度的問題，本次設計子彈回填裝置來進行解決彈射問題，并輔之自動收球技術來進行。當彈射問題得以解決之后，投球裝置所發揮的效率以及抬升裝置所產生的配合不容易進行解決。本次主要通過使用T件（TATRIX件）來進行對其解決，原因在于T件的馬達較為強力。若出現T件種類過少的情況，可以通過使用M件（MATRIX件）對其進行彌補，但兩種件在螺母方面非常不容易進行區分，所以在應用的過程中，需要細致進行。所使用的投球的裝置與彈射裝置非常相似，但是由于T件的馬達功率較大，因此要注意控制投球時的平穩性以及投球的速度。這對這種問題，應該將緩沖設計加入其中，以對投射過程中因彈力過大而無法投入籃筐中的問題進行解決。

3 FTC機器人競賽活動參與的一些建議

針對本次對FTC機器人競賽活動的研究筆者提出一些可行性建議，具體建議如下。

（1）在進行FTC機器人競賽活動參與的過程中，對機器人進行搭建需要提前設計出一個經得起推敲的整體方案，并且需要搭建小組對這套整體方案進行熟悉和認知，在此基礎之上，積極地對各種改進措施進行思考，以對編寫程序進行積極配合。

（2）在進行機器人搭建的過程中，必須要做好每一步，尤其是機器人結構方面是否牢固，零部件在運行的過程中能否脫落，這些都應該加以注意。必須對搭建完畢的機器人進行檢查和維護，以確保機器人的穩固性，如果在競賽的過程中，出現零部件的脫落，將會嚴重影響整個比賽的結果，以及評委對機器人設計方面的抵觸印象。所以，搭建小組應該對搭建的每一個環節進行重復檢查，并對機器人進行維護。

（3）從程序員的角度來講，程序員應該對自動和手動的編排進行區分開，如果一個人能夠將程序編排完成，最好是由一個人負責程序的編排，因為，將此項工作交由一個人負責，能夠對該程序進行熟知，若某一環節出現錯誤，此程序員會在第一時間將出現錯誤的程序找到并改正。

（4）從競賽項目的負責人角度來講，負責人應該對全局進行統籌安排，對出現的問題進行及時解決，并且還需要負責人具有沉著冷靜的心態和準確的判斷力、指揮能力等，除此之外，負責人還應該具備較高的素質，并且需要具備較強的交際和溝通能力，以方便對機器人構造、原理以及技術要點進行解說和剖析，以使本次機器人設計的來龍去脈能夠被人所知。

（5）進入半決賽和決賽，選擇聯盟隊友的時候，重點應該考慮戰術配合協調是否良好、通信聯系是否暢通等因素。而不能考慮地域、關系等問題。

（6）比賽的時候“斷聯”是個不容易解決的問題，為了減少“斷聯”的幾率，操作手比賽時不能攜帶不相干的通信設備。

4 結語

綜上所述，當今時代是一個科技發展極為迅速的時代，主要便體現在新科技出現快、更新快、速度快以及質量優越等特點。因此，對科技的認知必須從青少年開始進行培養，使青少年的創新能力、實踐能力以及對知識進行認知的能力得到提高，從而使青少年的綜合素質及能力得到增強，使青少年能夠達到社會需求的標準，通過科技來進行武裝自己、強化自己。本次研究主要對一種FTC競賽機器人的設計和組裝進行研究，研究主要以搭建機器人、程序的編制以及整體管理進行各自分工，來對其設計和組裝進行研究，通過研究，此競賽的機器人設計和組裝過程中存在一些細節問題需要參與此競賽活動的選手注意，并對機器人設計和組裝過程中的注意事項進行說明，希望能夠為參與此活動者提供可用性意見。

參考文獻

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