VEX世界冠軍（高中組）
——贏在搭建

孫思皓 北京工大附中高二.一班

學校開展機器人社團，深知學習機器人重要性的我積極參加了，于是也就開始了VEX機器人學習生活，女孩子學智能機器人可謂是“欲渡黃河冰塞川，將登太行雪滿山”苦不堪言，要想學懂且再搭建個參賽的機器人就更是“蜀道之難，難于上青天”。一年半的期間利用了所有能利用的時間進行學習，走著、坐著、躺著、睡著滿腦子都是機器人。編程設計時就得把自己當成一名計算機行家，深挖腦洞的展開抽象思維;動手搭建時完全就是車間工人，動作要沉穩和精準;調試時完全就是一名維修工程師，練出慧眼識珠的本領來找錯、糾錯;操盤時就像個賽車手，沉著穩定達到知己知彼百戰不殆。足不出戶極大的鍛煉了我的想象能力、動手能力、心理素質及全身心投入的專注力，稱得上是課本之外的別有一翻風味的學習歷練之旅。學校的這一社團學習過程拓展了我們學生對科學、技術、工程和數學領域的興趣，激發了我們的科技潛能，提高并促進我們的團隊合作精神、領導才能和解決問題能力，也成就了我們的科技創新夢想！

誠然，剛入門時，老師會給講一些基礎和理論，也要學習幾周機器人的理論知識和學習它的重要意義，最重要的是我的老師是教歷史的機器人老師，真的是從歷史長河的角度挖掘出每位學生的興趣和積極性，邊理論邊實踐，還時常用描述賽場的激烈場面和駕馭機器人打敗對手的無人超躍感，把我們每位學生的積極拉到了頂峰，于是在王老師的代領下，按大賽的要求設計編程，然后精心搭建，再反復調試，達到大賽的標準能夠自動程序控制，又能通過遙控制在特定區場地進行特定的賽程，最后披星戴月的訓練達到熟能生巧的地步去參賽。

我們團隊先后參加市賽、大區賽、國賽、亞洲賽、世界錦標賽9場，分別獲得過北京市科協會朝陽區二等獎和一等獎，北京市教委VEX智能機器人大賽高中組第一名，全國VEX智能機器人大賽高中組銀獎，亞太區VEX智能機器人大賽高中組金獎，最后在全球1400支隊伍中，突破資格賽、復賽、以分區冠軍進入總決賽，最終“千淘萬漉雖辛苦，吹盡狂沙始到金”的奪得2017年機器人世界錦標賽高中組總冠軍好成績。回想全程，我們在團隊協作下還是贏在搭建的機器人穩定性好。

最初只是在電視和展櫥中見過機器人，對它的全部構造并不詳知，感覺和人一樣吧，具有智能的大腦和五腹六臟，外殼和靈活的四肢。當懷著一顆好奇心走進實驗室時，由陌生到熟悉，幾周后就由衷的喜歡了，也就有了以下一起成長的過程。機器人有這么幾大部份1、主控系統、2、電機、3底盤、4遙控系統、5防摔系統、6連接線和操作部件、7顯視模塊。下面用圖文并茂的方式介紹一下2017年我們設計的機器人的搭建過程。

1 概要介紹

其零部件有主控器、雙向編碼器、角度傳感器、探照器、超聲及光敏傳感器、行程及電源開關、齒輪、馬達、加強履帶、鏈輪、腿輪、萬向輪、蝸輪架、單雙向電氣泵、伺服器、信號分頻器、晶振、適配器、遙控器、自組螺絲、差速及齒條架、多種金屬件、扎帶、電池、充電裝置、長角鋼條、鋼絲、鋼片、螺絲、螺母、電源纜、電絲各種專用輪、軸承、鎖板等零部件組裝而成。

所用到的工具有大小粗細不等多個內外六角L型扳手，一型扳手、鋼鋸、各種鉗子、電焊、工具剪及刀、垂子、改錐、平衡器、萬用表。

2 機器人搭建

步驟1底盤定位

方法：將平面鋼條與長角鋼因定在一起，像搭個板凳面一樣的固定個穩固的四方型底座，得有加固設施和安裝四個雙方輪的框架。

步驟2組裝馬達

馬達外側裝軸承，必須將軸固定防止脫落，四個輪要套入四方軸中固定好，普通的機器人是四個輪子，我們搭建的機器人增加到六個輪子，穩固性會更好，不會輕易摔倒。參賽時在四邊安裝萬向輪就更靈活了。

步驟3 抬升系統

將兩根方形架組裝到底座上，同時在底盤上裝兩組可申縮的背梁，在組裝兩根長角鋼到方形架上，這樣就構成了夾球裝置的支撐臂，支撐臂的兩側兩組可申縮的抬升系統。

步驟4 抬升系統加固

在長角鋼與方形架、方形架與方形架之間在連接方形架，對抬升部分的支撐裝置進行加固，同時還要注意抬升系統的靈活性，才不影響機器人運行時的執行速度及萬向的靈活性能。

VEX世界冠軍頒獎現場（左三是作者本人） （圖1）

步驟5 抬升系統電機安裝

組裝抬升裝置的驅動馬達，馬達距離豎著的長角鋼頂端固定好，連接線要固定好并留有足夠的長度，防止障礙物纏繞機器人運行。

步驟6軸承片安裝

將軸承片裝到抬升裝置的長角鋼的頂端，注意軸承的方向性及靈活性。如下圖2：

步驟7組裝齒輪

這里的四方軸可以用3"的四方軸，最好是用12"四方軸切割到剛好能連接到兩個馬達的位置，這樣可使兩個馬達，動力會加強更穩固。

步驟8組裝抬升手臂

夾球裝置的支撐臂兩側組裝兩組可申縮的抬升手臂，組裝時要注意抬升的角度及范圍，同時用多種螺絲固定好，使得機器人運行時達到手臂動作穩并準的程度。

步驟9夾持裝置電機安裝

將兩根方形架和兩根短角鋼上裝上軸承片和馬達，在組裝到一起，組成一個四方形，這樣構成夾子的支撐部分及動力部分，安裝的同時要注意電源線的固定角度和緊固性，防止機器人運行時電機物理故障。

步驟10夾持裝置

組裝夾物的夾子，兩邊需相互對稱，要注意角度及夾持的穩固性。如圖2：將夾子組裝到第5步的支撐架上，穿過齒輪的軸需用最長的四方軸來切割而成組裝，取出得分物裝置9將取得分物裝置組裝到9步中。

步驟11 控制器，接收器

將控制器和接收器組裝到機器人底座上，用螺絲固定好，同時加防護外架，防止運行時摔脫。

步驟12 馬達連線、布線

將馬達連接到控制器上，這樣就完成整個機器人的組裝，如圖2

搭建中的參賽機器人（圖2）

機器人程序設計

程序“下載”：如何讓機器人懂得程序語言

將程序下載到控制器，如是晶體遙控則需確保連接好接收器并插好了晶體，如是WiFi 遙控則需確保主控與遙控對好碼，然后就可控制機器人了，如果發現某個或某些馬達的轉動方向操作起來不習慣可點開遙控模塊，將反方向打鉤即可改變馬達的轉動方向，再反復實驗程序，修改程序。達到所設計程序與搭建完美結合。

傳感器：機器人的“五官”

機器人在實際比賽及運用中，為實現智能化及自動化控制，配置了各類傳感器對信息進行采樣及處理，以助于機器人的自動判斷。

觸碰傳感器：有效阻止抬升系統的過降、過升問題，使機器人的操控變得易上手，更加人性化。

光敏傳感器：通過灰度檢測比賽場地的白線，再程序中加入相應的反映機制以及判斷條件，以矯正機器人的行進路線，相當于機器人的“眼睛”。使機器人有能力自主尋線行進，完成比賽任務。對機器人的穩定性能有很大的幫助。

陀螺儀傳感器：在一水平面上檢測機器人偏離的角度，以此求得機器人轉過的一個定角，使機器人的轉向方向精準程度提高，以安排更為復雜的程序路線。在對信息的采樣中，我們采用算法去除了異常值以及傳感器自身的偏差值，以提高陀螺儀的效用及準確度。

控制算法設計

為了對機器人進行精確控制，我們不但適配了合理的傳感器，同時采用多種控制算法相結合的策略，以達到準度、速度的雙重標準，提高機器人的競爭力。

多線程控制算法是我們采用的其中之一算法，用以解決不同馬達需同時接受控制的問題。我們的不同系統被置于不同的線程，在每一個相同時間片進行控制。并允許我們自定義許多同步進行的操作，即在抬升系統運作的同時，底盤馬達同時亦可運作，以達到各個系統間的兼容。

一鍵控制被用于一鍵完成一系列操作。即類似于自定義宏操作，將一個系列的操作組合起來，使比賽過程中機器人表現的更為智能。如夾持系統即與抬升系統有一鍵的聯動。令整個操作的體驗更為人性化，體現程序設計的優越性。

比例-積分-微分控制在工業上被廣泛應用，我們亦采用該算法進行專項控制。如抬升系統的位置維持，機器人前進固定距離，夾持系統的牢靠程度等，均采用了該算法。

3 總結

我們搭建的機器人通過我們防摔裝置、手臂托物裝置和6輪的穩與主機良好的銜接，具有穩定性強的特點。