機器人VEX項目高中組競技實踐

郭佳霖

摘 要：近年，機器人技術得到迅猛發展，已經應用到醫學、工業、家庭等方面，筆者通過參加2018年遼寧省機器人VEX項目高中組競賽，研究實踐了VEX工程挑戰賽“步步為營”的設計、搭建、操作等活動方案，并取得了良好的實戰效果。

關鍵詞：機器人 VEX項目 步步為營

中圖分類號：G63 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）12（c）-0196-02

1 VEX項目簡介

機器人VEX項目起源于加利福尼亞州立大學、卡耐基梅隆大學、美國太空總署等單位組織的一項世界錦標賽，在2006年中國科協引入該VEX項目，成為我國每年組織5個機器人大賽項目之一，其分為小學、初中、高中3個組別。VEX項目每年都會更換不同的比賽主題與規則，對于參賽隊伍而言，每年的比賽都是新的競爭，每個參賽隊伍都要根據新規則重新設計比賽機器人，每隊操作兩臺機器人采取對抗的比賽形式，比賽分自動和手動兩個部分進行，對抗激烈，互動性強。

2 VEX競技方案

2018年初，學校為參加中國青少年科技創新大賽組建了VEX項目競技團隊，經過多輪選拔，由于我在初中階段有過在遼寧省青少年機器人競賽足球機器人項目銅牌的獲獎經歷，因此順利入選VEX團隊。在半年的時間里，我們團隊對VEX項目從陌生到熟悉、再到熟練，從市內組織的選拔賽一直進軍到省內大賽的總決賽，科技創新競技項目給予了我們一個快樂的成長過程，也點燃了我們對科學殿堂的向往。下面將介紹在參加2018年中國青少年機器人大賽遼寧省賽區VEX工程挑戰賽中使用的機器人實踐方案。

（1）機器人設計功能：根據本屆競賽主題”步步為營”和比賽規則，完成了比賽機器人應有功能設計。具體如下：一是可以完成“步步為營”項目中規定的錐筒運送任務的基本操作。二是可以完成抓取小得分錐和大得分錐連續高效的動作，其中使用容錯率高的方式完成小得分錐抓取，使用盡可能少的機械材料來提升機器的靈敏性以及傳感器的準確性。三是改進機械結構，通過增加橡皮筋股數和彈勁系數實現機械臂更快速的豎直伸縮和水平伸縮。

（2）機器人概況介紹：機器人包括無線連接控制系統、伸縮電機、鋼制底盤、抬升機械臂、光傳感器、連接線等模塊，其零部件包括行電源開關、齒輪、搖控手柄、新型鋰電池、有機高分子鏈輪、合金框架、備用電線、鋼珠軸承等。搭建過程，第一步：底盤定位。將鋼條鋸成適合的長度并依照大賽要求尺寸固定成矩形底盤，并用螺絲將輪胎固定于底盤的四角，最后將電機安裝于底盤框架的中心。第二步：抬升系統。以底盤的鋼制橫梁為基礎，將機械鋼臂依次連接，并配以連接好的軸承等。第三步：抓取系統。用齒輪和彈力橡皮筋制成兩個完全相同的圓柱體抓取裝置，將黑色塑料泡沫膜用固定束帶固定在圓柱體上以便增加摩擦，最后用螺絲固定于機械臂上端。第四步：馬達組裝。將1～10號共10個不同功率的馬達組裝于機器人的不同活動位置，并將馬達與特定的電機接口相連，從而達到與無線遙控系統的連接以及自主程序的關聯。第五步：編制指令輸入。根據馬達接口序號進行程序編輯，輸入相應指令。

（3）競技策略。影響比賽的各種主客觀因素很多，因此需要我們在細節問題分析和處理能力、團隊合作精神等各方面展現出較高素質修養，同時也需要制定好比賽策略。每屆VEX項目競賽共同點是通過同場競技的比賽方式決出比賽的優勝者，不同點在于比賽主題和規則、機器人構造、使用功能、比賽得分物品。由于比賽需要在120s內分出勝負，因此，如何在比賽規定時間內提高本方機器人拾取得分物品的效率，得到盡可能高的分數，同時，最大程度限制或破壞對方得分等內容是操作關鍵。具體操作策略如下。

①分工策略。VEX項目比賽是一個講究團隊合作分工的項目，只有在平時隊員們真正做到各司其職，精誠團結，一個團隊才可能取得最后勝利。筆者在4人組成團隊中擔任隊長角色負責全隊指揮運行，具體分工為2人負責機器操作（其中1人為指揮官），1人負責程序維護、1人負責機械結構。

②操作策略。對于不同位置得分錐的拾取方式要區別對待，機器人的行走路線原則上是走直（前進或后退）不走彎，能平移（左右方向）不轉彎，先平移后轉彎，經過大量的觀察和反復練習之后，決定采用先用自轉馬達完成方向的調整，再走直線的優化方案，從而大大提高了效率。

③戰術策略。比賽中采用二對二共4臺機器人同場對抗的競賽規則，由于賽場上的局勢瞬息萬變，如何尋找最優的行進路線以及如何對對方機器人進行有效的干擾是取勝的關鍵。例如得分區的順序、機器人的選位如何選擇才能更加合理高效，以及在面對特殊情況（如伸縮臂卡頓，橡皮筋斷裂等）時的應急處置能力等。

④自動程序處理策略。比賽第一個環節是在前10～20s（具體時間由雙方隊長抽簽決定）運行機器人自動程序，這個環節的重點是需要事先根據比賽要求進行程序編寫，這就需要充分考慮現場場地摩擦等環境變化及時調整各個參數，否則一旦時間、速率等參數出現誤差，將會造成機器人轉彎過度、前進、后退距離不足等各個方面的問題，使得機器人實際運行的路徑與理想路徑存在較大的偏差。

3 結語

青少年科技創新競賽是一項融合科學知識積累、技術能力培養、創新探究學習為一體的青少年科學普及活動。參加機器人VEX項目競技，讓我提高了團隊協作和組織能力，充分體會到競技項目的激烈對抗和驚險刺激，更讓筆者感受到了科學實踐的趣味和自動化科技的魅力，不僅提升了自己動手動腦的能力，能夠在科學、技術、工程、物理電學等不同的角度將學到的知識進行應用，而且將創新構想應用于現實目標，激發了自己學習科學的興趣和自主學習的積極性。

參考文獻

[1] 黃華林.中國青少年機器人競賽注意事項及解決策略實踐研究——以2015參賽VEX項目隊伍為例[J].中小學信息技術教育，2015（11）：70-82.

[2] 黃華林.電腦機器人VEX項目細節問題分析與解決策略實踐研究[J].中國教育技術裝備，2015（17）：85-87.

[3] 孫思皓.VEX世界冠軍（高中組）——贏在搭建[J].數碼世界，2018（6）：311-312.