装配图
自动机器人“航母”主要由手臂、主支撑杆、底盘、篝火盘投球装置
一、机器人竞赛及机器人发展史简介
机器人竞赛是以弘扬科学技术，突显创造与创新，强化团队合作，培养科学素养，关联当今世界面临的问题与机遇为宗旨的一项综合多种学科知识和技能的青少年科技活动。参赛同学通过计算机编程、工程设计、动手制作与技术构建，结合日常观察、积累去寻求最完美的机器人制作方案，从而培养同学们的科技创新精神和动手实践能力，鼓励广大机器人爱好者在信息、自动化控制等高新科技领域进行力所能及的学习、探索、研究和实践激发他们对科学的兴趣，提高他们的科学素质。中国青少年机器人竞赛活动是，中国科协在21世纪青少年科技创新活动中着力创建和打造的一个崭新品牌。它以弘扬科学技术，突显创造与创新，强化团队贡献，培养科学素质，关联当今世界面临的问题与机遇为宗旨。组织开展这项活动的目的是，组织青少年在参加电脑机器人的活动中，将现实世界的事物与“动手做”活动相结合，放手让青少年通过活动，去发现解决问题的方法，并获得那些当今科学家和工程师们所面对的机会，培养青少年的科技创新精神和动手实践能力，让他们能够更好地适应21世纪的科学技术发展的趋势；鼓励更多的青少年电脑机器人爱好者在信息、自动控制等高新科技领域，进行力所能及的学习、探索、研究和实践，激发他们对科学的兴趣，提高他们的科学素质。机器人大赛是近年来国际上迅速开展起来的一种高技术对抗活动，它涉及人工智能、自动控制、机械电子、通信、传感及机构等多个领域的前沿研究和技术融合，集高技术、娱乐和比赛于一体，引起了公众的广泛关注和极大兴趣。目前，国际上推出了各种不同类型的机器人大赛，如机器人足球、机器人灭火、机器人相扑、机器人舞蹈、机器人走迷宫和机器人赛跑等。机器人大赛，不仅为青少年提供了良好的寓教于乐的载体，也极大地促进了实用智能机器人的研发。
相扑这个日本著名的体育项目也被引入到机器人比赛中，日本的机器人相扑比赛深受人们的喜爱。目前，我国也引进了这项机器人比赛，天津职业技术师范学院是我国在机器人相扑比赛领域的先行者。机器人舞蹈比赛是近年兴起的一种趣味性很强的机器人比赛项目。我国的一些高校都在校内开展了此项比赛，中国科技大学和中国矿业大学是目前我国此项比赛的领先者。
机器人足球赛是众多机器人竞赛中最为流行的比赛，它提供了一个小空间内的高技术对抗平台，集技术性、竞技性和趣味性于一体。其中FIRA和ROBOCUP是最具国际影响的两项机器人足球赛。
举办机器人大赛的目的是通过竞赛手段，吸引更多科技工作者，尤其是广大青少年学生参与到这项活动中来，以促进机器人及智能自动化领域相关技术的发展。
机器人发展史简介
美国是机器人的诞生地，早在1962年就研制出世界上第一台工业机器人，比起号称"机器人王国"的日本起步至少要早五六年。经过30多年的发展，美国现已成为世界上的机器人强国之一，基础雄厚，技术先进。综观它的发展史，道路是曲折的，不平坦的。由于美国政府从60年代到70年代中的十几年期间，并没有把工业机器人列入重点发展项目，只是在几所大学和少数公司开展了一些研究工作。对于企业来说，在只看到眼前利益，政府又无财政支持的情况下，宁愿错过良机，固守在使用刚性自动化装置上，也不愿冒着风险，去应用或制造机器人。加上，当时美国失业率高达6．65％，政府担心发展机器人会造成更多人失业，因此不予投资，也不组织研制机器人，这不能不说是美国政府的战略决策错误。70年代后期，美国政府和企业界虽有所重视，但在技术路线上仍把重点放在研究机器人软件及军事、宇宙、海洋、核工程等特殊领域的高级机器人的开发上，致使日本的工业机器人后来居上，并在工业生产的应用上及机器人制造业上很快超过了美国，产品在国际市场上形成了较强的竞争力。进入80年代之后，美国才感到形势紧迫，政府和企业界才对机器人真正重视起来，政策上也有所体现，一方面鼓励工业界发展和应用机器人，另一方面制订计划、提高投资，增加机器人的研究经费，把机器人看成美国再次工业化的特征，使美国的机器人迅速发展。80年代中后期，随着各大厂家应用机器人的技术日臻成熟，第一代机器人的技术性能越来越满足不了实际需要，美国开始生产带有视觉、力觉的第二代机器人，并很快占领了美国60％的机器人市常尽管美国在机器人发展史上走过一条重视理论研究，忽视应用开发研究的曲折道路，但是美国的机器人技术在国际上仍一直处于领先地位。其技术全面、先进，适应性也很强。具体表现在：（1）性能可靠，功能全面，精确度高；（2）机器人语言研究发展较快，语言类型多、应用广，水平高居世界之首；（3）智能技术发展快，其视觉、触觉等人工智能技术已在航天、汽车工业中广泛应用； 4）高智能、高难度的军用机器人、太空机器人等发展迅速，主要用于扫雷、布雷、侦察、站岗及太空探测方面。
早在1966年，美国Unimation公司的尤尼曼特机器人和AMF公司的沃莎特兰机器人就已经率先进入英国市常1967年英国的两家大机械公司还特地为美国这两家机器人公司在英国推销机器人。接着，英国Hall Automation公司研制出自己的机器人RAMP。70年代初期，由于英国政府科学研究委员会颁布了否定人工智能和机器人的Lighthall报告，对工业机器人实行了限制发展的严厉措施，因而机器人工业一蹶不振，在西欧差不多居于末位。但是，国际上机器人蓬勃发展的形势很快使英政府意识到：机器人技术的落后，导致其商品在国际市场上的竞争力大为下降。于是，从70年代末开始，英国政府转而采取支持态度，推行并实施了一系列支持机器人发展的政策和措施，如广泛宣传使用机器人的重要性、在财政上给购买机器人企业以补贴、积极促进机器人研究单位与企业联合等，使英国机器人开始了在生产领域广泛应用及大力研制的兴盛时期。
法国不仅在机器人拥有量上居于世界前列，而且在机器人应用水平和应用范围上处于世界先进水平。这主要归功于法国政府一开始就比较重视机器人技术，特别是把重点放在开展机器人的应用研究上。法国机器人的发展比较顺利，主要原因是通过政府大力支持的研究计划，建立起一个完整的科学技术体系。即由政府组织一些机器人基础技术方面的研究项目，而由工业界支持开展应用和开发方面的工作，两者相辅相成，使机器人在法国企业界很快发展和普及。国工业机器人的总数占世界第三位，仅次于日本和美国。这里所说的德国，主要指的是原联邦德国。它比英国和瑞典引进机器人大约晚了五六年。其所以如此，是因为德国的机器人工业一起步，就遇到了国内经济不景气。但是德国的社会环境却是有利于机器人工业发展的。因为战争，导致劳动力短缺，以及国民技术水平高，都是实现使用机器人的有利条件。到了70年代中后期，政府采用行政手段为机器人的推广开辟道路；在"改善劳动条件计划"中规定，对于一些有危险、有毒、有害的工作岗位，必须以机器人来代替普通人的劳动。这个计划为机器人的应用开拓了广泛的市场，并推动了工业机器人技术的发展。日尔曼民族是一个重实际的民族，他们始终坚持技术应用和社会需求相结合的原则。除了像大多数国家一样，将机器人主要应用在汽车工业之外，突出的一点是德国在纺织工业中用现代化生产技术改造原有企业，报废了旧机器，购买了现代化自动设备、电子计算机和机器人，使纺织工业成本下降、质量提高，产品的花色品种更加适销对路。到1984年终于使这一被喻为"快完蛋的行业"重新振兴起来。与此同时，德国看到了机器人等先进自动化技术对工业生产的作用，提出了1985年以后要向高级的、带感觉的智能型机器人转移的目标。经过近十年的努力，其智能机器人的研究和应用方面在世界上处于公认的领先地位。
在前苏联（主要是在俄罗斯），从理论和实践上探讨机器人技术是从50年代后半期开始的。到了50年代后期开始了机器人样机的研究工作。1968年成功地试制出一台深水作业机器人。1971年研制出工厂用的万能机器人。早在前苏联第九个五年计划（1970年一1975年）开始时，就把发展机器人列入国家科学技术发展纲领之中。到1975年，已研制出30个型号的120台机器人，经过20年的努力，前苏联的机器人在数量、质量水乎上均处于世界前列地位。国家有目的地把提高科学技术进步当作推动社会生产发展的手段，来安排机器人的研究制造；有关机器人的研究生产、应用、推广和提高工作，都由政府安排，有计划、按步骤地进行。
1.比赛场地为14000mm×14000mm的正方形区域。
2.赛场地面用2mm厚的聚乙烯片铺设。聚乙烯片将用无光泽的聚乙烯带连接。
3.比赛场地周围有100mm高30mm厚的木质围栏。
4.比赛场地由“手动区”、“篝火区”和“自动区”（包括烽火台）组成。
5.自动区：范围：9000mm×9000mm的方形区域。只有自动机器人可在自动区运行。自动区贴有30mm宽的白色引导线。每个队的自动机器人启动区大小为1000mm×1000mm，位于自动区边上，两队的启动区相对配置。自动区正中有一个八边形烽火台，高度100mm，它的四条边长为2000mm，另四条边长为1414 mm。在两条2000mm的边与自动区地面之间有坡度为1/5的斜面。自动区中有5个火炬。高度为1800mm的主火炬位于场地正中。另4个高度为1500mm的外围火炬在它的四周。
6.篝火区：四个直径为1200mm的篝火区位于自动区的四角。篝火区中央有直径600mm、高100mm的燃料盘，盘边宽50mm，盘深30mm。燃料盘与地面以350mm宽的斜面相连。篝火区的细节参见所附的场地布局平面图。
自动机器人“航母”主要由手臂、主支撑杆、底盘、篝火盘投球装置
(一)、手臂
手臂由手臂杆和手爪组成它的功能是对外围火炬添加燃料球是“航母”机器人上最关键的组件之一，手臂杆选用20×20mm的回型截面的铝合金材料，手爪由五块180×180mm的铝合金板焊接而成，手臂上装有70rpm的电机一个和两个带轮，其中一个带轮与电机相连接另一个通过轴承与主支撑杆上的周颈相连接，由于机器人高度的限制采用手臂杆与水平方向成11°角。通过带传动手臂可以以主支撑杆为轴线旋转一定角度以实现投球动作
(二)、主支撑杆
主支撑杆是一个主要的支撑件，在工作中受到弯曲应力的作用，所以它的刚度和强度显得很重要，我们选用了38×25mm的回型截面铝合金作为制造材料，主支撑杆上端通过轴颈与手臂连接，中部通过焊接与球库装置相连。
(三)、底盘
底盘是本机构的主体部分，它主要起连接个机构并装载自动机器人“好汉”实现行走功能的作用它是一个焊接件，由38×25mm的回型截面铝合金作为制造材料焊接而成底盘总尺寸850×500mm，面积为650×500mm的前部装有导轨用于放置“好汉”并为“好汉”的移动起导向的作用，后部的200×500的面积用于装载本机器人主支撑杆及篝火盘投球装置，底盘采用前轮驱动方案，在底盘前部有一块与底盘轴线呈75°角的平板用于在靠紧八边形烽火台台阶时车体与场地呈15°的角度使“好汉”机器人可直线行走到达中央火炬。
(四)、篝火盘投球装置
篝火盘投球装置是本机构的重要组成部分之一，它主要起对外围篝火盘投球的作用，它由一个转速为500rpm的电机与一块挡板及270的橡胶轮组成为减轻重量挡板由木板制成，电机与橡胶轮的作用是电机给轮以一定转速，由橡胶轮以适当的线速度作用在球上给球一定的初速度投向篝火盘，挡板的作用是配合电机和橡胶轮给球以反转使球落入篝火盘内时减少前冲的趋势，降低球在惯性的作用下跳出篝火盘的概率。
七、尺寸的拟定及主要技术参数
（一）、尺寸的拟定：尺寸的拟定我们主要遵循以下几个方面，首先他们应该满足设计要求中对本机器人尺寸上的限制要求，其次配合“好汉”的尺寸应留出足够的空间放置“好汉”机器人，以及必须有足够的空间安装本机器人用于完成其他任务的机构。在这些前提下应该满足安全可靠、经济合理、外形美观等各项要求。并尽量做到体积小重量轻等。
总体尺寸的拟定：
设计要求尺寸的限制为：小于520x800mm2；以此要求对总装尺寸进行估算：
外围火炬高度为1.5m，设计车体高度为1.473m
“好汉”的长×宽为500×700结合本机器人其他机构设计车长×宽为520×800
（二）、主要技术参数：
1.总体尺寸（长×宽×高）（m）………………………0.82×0.52×1.49
2.最大展开尺寸（长×宽×高）（m）…………………1.015×0.934×1.49
3.手臂旋转角度…………………………………………158°
4.最高速度（m/s）………………………………………1.5
5.篝火盘投球机构最大投球距离（m）…………………0.96
6.自重（kg）………………………………………………10
八、工作原理及比赛规则的简述
(一)、行走功能的实现
“航母”机器人的行走功能主要由车体底盘上两个500rpm的电机提供动力带动两前轮以前驱的运动方式实现的，转向功能由车体后部的两个万向轮配合两个前驱电机的差速来实现。
(二)、输送功能的实现原理
机器人起动后依靠两电机的差速使机器人呈圆弧轨迹行走以一定角度与八边形烽火台接触实现输送机动机器人“好汉”的功能。
(三)、外围火炬投球功能的实现原理
当机器人到达预定地点手臂上的电机通过与电机相连的一个带轮依靠带传动传递动力使手臂相对主支撑杆旋转；当手爪上的“S”型开关接触到“火焰”挡板后脱开与手爪底板的连接，使球落入火炬内。
(四)、外围火炬投球功能实现原理
投球装置主要由一个装有直径为270mm橡胶轮的500rpm电机和一块木制挡板以及一个球库组成，机器人到达投球位置后由电机给橡胶轮一定转速后，球库放出一个球，球在橡胶轮和挡板的挤压下被以一定速度呈反向旋转状态的情况下抛出落入篝火盘实现投球功能。
底盘零件图
火炬投球装置零件图
路线图
球库零件图
燃料球发射装置零件图
比赛场地
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