赢在创新

何文芝

机器人比赛以培养学生的团队合作和技术素养为宗旨，技术上要求学生有整体规划、精心策划、程序优化、实施细化的全局观念，从设计制作到调试应用有一个总体的机器人架构模型，是一项科学严谨的系统工程。任何环节上的失误，轻则影响比赛成绩，重则前功尽弃，使训练时的汗水付之东流。

本文就FLL机器人在今年比赛训练中的几个创新点进行评析，以供选手参考。

一、机器人的搭建

机器人是活动的基础部分，其性能直接决定比赛成绩。新一代乐高主控EV3有4个电机被控制器控制，2个电机的端口输出要成水平式，以供策略物使用。

1.结构紧凑、牢固是关键。

机器人占用空间大小应适中，长、宽、高比例有一定的限度。太宽，窄地方过不去；太窄，整机必然升高，导致重心升高，易翻倒；太长，运动性能大为降低，转向不灵活。如我们选用大的摩托车轮做轮子，以保证机器人的运动速度及转向性能。

2.外挂的策略物应性能优良

要求外挂的策略物能配合机器人主机，运用机械传动原理与机器人对接良好，转动灵活，最大限度减少对接时间，确保快速完成任务。

3.两个主动轮和万向轮的位置构成等边三角形

万向轮与动力轮距离太近易翻车，太远则导致转向不灵活。机器人的重心最好集中在中点，控制器的屏幕和按键要在外层，便于观察数据和操作。充电插口和数据线插口前不能有障碍物，方便充电和下载程序。机器人主机的数据线接口在实验阶段最好用短线连接，此短线再与一根长约3米的USB公母头线配合，避免接口插入频繁而被损坏，使控制器报废。

4.传感器的安装位置要合理

传感器要能接收传感信号又不影响正常工作，还要能适应不同策略物的要求。各种引线应合理布局，弹簧（橡皮筋）在机械行业应用广泛，特别是一些储能装置，机器人的某些场合可合理使用。

二、创新点

1.北线任务

今年比赛北线任务占了大部分。包括取回大包装箱模型、在卡车和工厂释放甲烷模型、取回分类器西边的塑料袋模型、推动卡车及掉到卡车上的黄色垃圾箱模型、黄色垃圾箱模型的释放、将小包装模型带回基地。

具体过程是：机器人从基地出发，带着接大包装箱的小车，遇到工厂模型小车后在弹簧的作用下自动释放，继续前进。光电传感器检测到第二条黑线后机器人实施定位，并倒退一次，使左边的两个导轮靠墙壁后带着服务卡车运动一段距离。此时正好是工厂模型释放甲烷的地方，由B电机带着挂甲烷的轴旋转45°，同时放下处于工厂模型的甲烷和卡车上的甲烷（由程序保证两个投放点在同一直线上）。再前进一小段距离把挂甲烷的杆（称之为挂杆）落下，挂到垃圾袋上并旋转此轴，使垃圾袋牢牢地挂在转动杆上，将挂杆提起与水平面成50°角后继续前行，卡车和黄色垃圾箱一起运动。

杆之所以要提起，是因为前面有分类器模型，如果不抬起则不能通过；能弯曲是因为杆伸出的基部装有万向器。

再继续前行检测到第三根黑线时，机器人重新定位，行进一段距离后释放卡车。推动卡车前进的机械手用线和挂甲烷的杆连接，由于线具有柔性，挂杆向下运动时不会受影响，而向上运动时由于长度有限，线会跟随挂杆向上运动而释放卡车。

继续往前运动检测到第四条黑线，行驶一小段距离，放下带小包装箱的机械手，把小包装箱带回。回去仍然检测到三条黑线，第二条黑线是标志线，由机器人发出信号放下挂杆，将工厂西边的环拉出，大挂件滑出再送进去，然后抬起挂杆，让机器人旋转80°左右，再次放下挂杆，使挂杆的顶部伸入大包装箱内并向下压，由杆的压力将大包装箱带回基地。由大功率电机经减速带动挂杆的升降，挂杆的自转由小电机驱动。机器人的直线行走是靠北面导轮起作用。

机器人结构图见图一，策略物见图二。经实践操作，我们的机器人需20秒左右完成任务，但能获得300分。

2.南线任务

南线任务有投放轿车的引擎/风档、取混合肥料、取回甲烷和清理垃圾袋。

机器人由基地出发，由双光电传感器找到向东的黑线并直行。这时的策略物装有触点传感器的联动机构，并带上能接肥料的小车。当触动传感器触发右边混合器模型的小轮时，机器人释放小车，定位投放轿车的引擎/风挡。

这时的小车是用线连着的，线的一端仍在基地，可利用混合肥料落下的十几秒时间去完成其他任务。

机器人投放引擎/风挡装置再往前方运动一小段距离，挑起甲烷模型后迅速沿黑线绕过肥料混合器并返回，最后推倒建筑物取到贵重物品回到基地。

这时制肥时间也即将临近，由回到基地的机器人原地拉线把连着装肥料饼的小车拉回基地，这一过程就完成了。

需特别注意的是，机器人沿黑线行走是光电传感器在起作用，编程过程中需用到PID算法，这种算法很复杂，限于篇幅这里仅做简单介绍。

机器人在巡线过程中用双光电传感器挟着黑线前进，因传感器接收的光线亮度变化是一个渐变的过程，从亮的部分往交界线可看成光线越来越暗，从暗的部分往交界线可看成光线越来越亮，由此获取数据。

预先测出亮的部分的平均值和暗的部分的平均值，用当前值与这两个值的平均值求差，差的绝对值越大说明机器人偏离路线越远，反之就越小，继而得出机器人大约偏离交界线的距离。

这一控制信号反映到控制器并做出判断，控制电机的转速，实际上是机器人在行进中不断修正两个电机功率、达到巡线目的。传感器的安装位置不能距前轮太近，调整好它离桌面的高度、电机的基础功率就能达到比较平顺的巡线效果。

北线的巡线走直线主要是机械循迹，机器人的北面装有两个导向轮，在导向轮的作用下机器人做直线运动，远离墙壁的电机功率需稍大。光电传感器起定位作用，碰到黑线释放或带回模型。南线任务策略物见图三。

关于程序问题应先做好预案，比赛时应注意被取消的任务，是取消程序还是改变策略物，视具体情况而定。