VEX世界冠军（高中组）——赢在搭建

孙思皓 北京工大附中高二.一班

学校开展机器人社团，深知学习机器人重要性的我积极参加了，于是也就开始了VEX机器人学习生活，女孩子学智能机器人可谓是“欲渡黄河冰塞川，将登太行雪满山”苦不堪言，要想学懂且再搭建个参赛的机器人就更是“蜀道之难，难于上青天”。一年半的期间利用了所有能利用的时间进行学习，走着、坐着、躺着、睡着满脑子都是机器人。编程设计时就得把自己当成一名计算机行家，深挖脑洞的展开抽象思维;动手搭建时完全就是车间工人，动作要沉稳和精准;调试时完全就是一名维修工程师，练出慧眼识珠的本领来找错、纠错;操盘时就像个赛车手，沉着稳定达到知己知彼百战不殆。足不出户极大的锻炼了我的想象能力、动手能力、心理素质及全身心投入的专注力，称得上是课本之外的别有一翻风味的学习历练之旅。学校的这一社团学习过程拓展了我们学生对科学、技术、工程和数学领域的兴趣，激发了我们的科技潜能，提高并促进我们的团队合作精神、领导才能和解决问题能力，也成就了我们的科技创新梦想！

诚然，刚入门时，老师会给讲一些基础和理论，也要学习几周机器人的理论知识和学习它的重要意义，最重要的是我的老师是教历史的机器人老师，真的是从历史长河的角度挖掘出每位学生的兴趣和积极性，边理论边实践，还时常用描述赛场的激烈场面和驾驭机器人打败对手的无人超跃感，把我们每位学生的积极拉到了顶峰，于是在王老师的代领下，按大赛的要求设计编程，然后精心搭建，再反复调试，达到大赛的标准能够自动程序控制，又能通过遥控制在特定区场地进行特定的赛程，最后披星戴月的训练达到熟能生巧的地步去参赛。

我们团队先后参加市赛、大区赛、国赛、亚洲赛、世界锦标赛9场，分别获得过北京市科协会朝阳区二等奖和一等奖，北京市教委VEX智能机器人大赛高中组第一名，全国VEX智能机器人大赛高中组银奖，亚太区VEX智能机器人大赛高中组金奖，最后在全球1400支队伍中，突破资格赛、复赛、以分区冠军进入总决赛，最终“千淘万漉虽辛苦，吹尽狂沙始到金”的夺得2017年机器人世界锦标赛高中组总冠军好成绩。回想全程，我们在团队协作下还是赢在搭建的机器人稳定性好。

最初只是在电视和展橱中见过机器人，对它的全部构造并不详知，感觉和人一样吧，具有智能的大脑和五腹六脏，外壳和灵活的四肢。当怀着一颗好奇心走进实验室时，由陌生到熟悉，几周后就由衷的喜欢了，也就有了以下一起成长的过程。机器人有这么几大部份1、主控系统、2、电机、3底盘、4遥控系统、5防摔系统、6连接线和操作部件、7显视模块。下面用图文并茂的方式介绍一下2017年我们设计的机器人的搭建过程。

1 概要介绍

其零部件有主控器、双向编码器、角度传感器、探照器、超声及光敏传感器、行程及电源开关、齿轮、马达、加强履带、链轮、腿轮、万向轮、蜗轮架、单双向电气泵、伺服器、信号分频器、晶振、适配器、遥控器、自组螺丝、差速及齿条架、多种金属件、扎带、电池、充电装置、长角钢条、钢丝、钢片、螺丝、螺母、电源缆、电丝各种专用轮、轴承、锁板等零部件组装而成。

所用到的工具有大小粗细不等多个内外六角L型扳手，一型扳手、钢锯、各种钳子、电焊、工具剪及刀、垂子、改锥、平衡器、万用表。

2 机器人搭建

步骤1底盘定位

方法：将平面钢条与长角钢因定在一起，像搭个板凳面一样的固定个稳固的四方型底座，得有加固设施和安装四个双方轮的框架。

步骤2组装马达

马达外侧装轴承，必须将轴固定防止脱落，四个轮要套入四方轴中固定好，普通的机器人是四个轮子，我们搭建的机器人增加到六个轮子，稳固性会更好，不会轻易摔倒。参赛时在四边安装万向轮就更灵活了。

步骤3 抬升系统

将两根方形架组装到底座上，同时在底盘上装两组可申缩的背梁，在组装两根长角钢到方形架上，这样就构成了夹球装置的支撑臂，支撑臂的两侧两组可申缩的抬升系统。

步骤4 抬升系统加固

在长角钢与方形架、方形架与方形架之间在连接方形架，对抬升部分的支撑装置进行加固，同时还要注意抬升系统的灵活性，才不影响机器人运行时的执行速度及万向的灵活性能。

VEX世界冠军颁奖现场（左三是作者本人） （图1）

步骤5 抬升系统电机安装

组装抬升装置的驱动马达，马达距离竖着的长角钢顶端固定好，连接线要固定好并留有足够的长度，防止障碍物缠绕机器人运行。

步骤6轴承片安装

将轴承片装到抬升装置的长角钢的顶端，注意轴承的方向性及灵活性。如下图2：

步骤7组装齿轮

这里的四方轴可以用3"的四方轴，最好是用12"四方轴切割到刚好能连接到两个马达的位置，这样可使两个马达，动力会加强更稳固。

步骤8组装抬升手臂

夹球装置的支撑臂两侧组装两组可申缩的抬升手臂，组装时要注意抬升的角度及范围，同时用多种螺丝固定好，使得机器人运行时达到手臂动作稳并准的程度。

步骤9夹持装置电机安装

将两根方形架和两根短角钢上装上轴承片和马达，在组装到一起，组成一个四方形，这样构成夹子的支撑部分及动力部分，安装的同时要注意电源线的固定角度和紧固性，防止机器人运行时电机物理故障。

步骤10夹持装置

组装夹物的夹子，两边需相互对称，要注意角度及夹持的稳固性。如图2：将夹子组装到第5步的支撑架上，穿过齿轮的轴需用最长的四方轴来切割而成组装，取出得分物装置9将取得分物装置组装到9步中。

步骤11 控制器，接收器

将控制器和接收器组装到机器人底座上，用螺丝固定好，同时加防护外架，防止运行时摔脱。

步骤12 马达连线、布线

将马达连接到控制器上，这样就完成整个机器人的组装，如图2

搭建中的参赛机器人（图2）

机器人程序设计

程序“下载”：如何让机器人懂得程序语言

将程序下载到控制器，如是晶体遥控则需确保连接好接收器并插好了晶体，如是WiFi 遥控则需确保主控与遥控对好码，然后就可控制机器人了，如果发现某个或某些马达的转动方向操作起来不习惯可点开遥控模块，将反方向打钩即可改变马达的转动方向，再反复实验程序，修改程序。达到所设计程序与搭建完美结合。

传感器：机器人的“五官”

机器人在实际比赛及运用中，为实现智能化及自动化控制，配置了各类传感器对信息进行采样及处理，以助于机器人的自动判断。

触碰传感器：有效阻止抬升系统的过降、过升问题，使机器人的操控变得易上手，更加人性化。

光敏传感器：通过灰度检测比赛场地的白线，再程序中加入相应的反映机制以及判断条件，以矫正机器人的行进路线，相当于机器人的“眼睛”。使机器人有能力自主寻线行进，完成比赛任务。对机器人的稳定性能有很大的帮助。

陀螺仪传感器：在一水平面上检测机器人偏离的角度，以此求得机器人转过的一个定角，使机器人的转向方向精准程度提高，以安排更为复杂的程序路线。在对信息的采样中，我们采用算法去除了异常值以及传感器自身的偏差值，以提高陀螺仪的效用及准确度。

控制算法设计

为了对机器人进行精确控制，我们不但适配了合理的传感器，同时采用多种控制算法相结合的策略，以达到准度、速度的双重标准，提高机器人的竞争力。

多线程控制算法是我们采用的其中之一算法，用以解决不同马达需同时接受控制的问题。我们的不同系统被置于不同的线程，在每一个相同时间片进行控制。并允许我们自定义许多同步进行的操作，即在抬升系统运作的同时，底盘马达同时亦可运作，以达到各个系统间的兼容。

一键控制被用于一键完成一系列操作。即类似于自定义宏操作，将一个系列的操作组合起来，使比赛过程中机器人表现的更为智能。如夹持系统即与抬升系统有一键的联动。令整个操作的体验更为人性化，体现程序设计的优越性。

比例-积分-微分控制在工业上被广泛应用，我们亦采用该算法进行专项控制。如抬升系统的位置维持，机器人前进固定距离，夹持系统的牢靠程度等，均采用了该算法。

3 总结

我们搭建的机器人通过我们防摔装置、手臂托物装置和6轮的稳与主机良好的衔接，具有稳定性强的特点。