吕文熙
摘 要：习总书记提出的利用工业制造4.0实行我国工业现代化弯道超车的伟大目标，智能机器人是关键。当前所有机器正在走向智能化和自动化，智能机器人也是现在乃至未来的热点，向青少年进行机器人的普及是非常必要的，可以提高青少年的创新实践能力和科学研究能力。本次研究通过FTC机器人的竞赛，来对一种基于光电和颜色识别传感器装置和子弹装帧结构进行配合的竞赛机器人进行设计和组装，并通过自己亲身经历的思考对机器人竞赛等一系列创新活动进行探索。
关键词：FTC竞赛 机器人 设计 组装
中图分类号：G434 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）11（b）-0123-02
习总书记提出的利用工业制造4.0实行我国工业现代化弯道超车的伟大目标，智能机器人是关键。智能机器人作为一种智能化兼具自动化的机器，在人类的生产生活中占据着日益重要的地位，并且机器人的发展也是衡量一个国家的综合实力的重要因素。同时，机器人科学具有非常强的综合性，主要涉及计算机、数学以及物理等重要学科，并且对制作者的要求也非常高，需要制作者能够掌握机器人的编程、设计方案以及搭建方法，与此同时，还需要对及其的使用方案和工作的原理进行了解，这就对制作者的科学知识、综合素质、团队合作精神以及应变能力的要求更加提高了。并且机器人科学具有浓厚的趣味性，能够提高学生对这类科学学习的积极性。FTC竞赛是一项具有非凡意义的机器人赛事，其英文全称为“First Tech Challenge”，它的意思是具有高科技性质的挑战赛，主要是面向16岁左右的高中学生。近几年来，此竞赛已多次在国内举办，并产生了较大的影响，并且能够提高我国青少年的实践能力和创新能力。本次研究主要对FTC竞赛机器人的设计和组装进行研究。
1 FTC机器人竞赛的介绍
此竞赛主要分为两个阶段，分别为自动阶段和手动阶段。其中，自动阶段主要是比赛开始的30s之后正式进入此阶段，机器人在运行的过程中需要依照之前的设置来进行运行。在此阶段开始之前，从两个方位中任选其一，并将球投入篮筐之中。机器人可通过相关操作进行获取分数，例如，机器人将球进行收集后，通过自动收球技术和子弹装帧结构将球弹出，然后机器人通过全场定位技术从平台驶离，然后移动至驻停区。手动阶段的时间为2min，机器人在手动阶段的主要任务是将球进行收集，并将球投入到篮筐之中，需要对球控制的稳定性和速度。手动阶段的后30s为竞赛的结束阶段，当处于比赛结束阶段时，机器人进入驻停区之内，则竞赛分队可以得到加分。
2 基于传感器装置和抬升装置进行配合的竞赛机器人进行设计和组装
在FTC竞赛开赛之后，即开始进行团队的组织和明确各自的分工，在8人团队之中，机器人搭建的工作可以通过4个人来进行完成，程序编写的任务可通过2个人来进行，其他2人可以作为操作者。根据上述对FTC机器人竞赛的介绍可知，其竞赛的主要任务就是在地面无规则存放小球，将小球通过机器人拾起，然后将小球置于篮框之中。此项竞赛的目标较为明确，属于单一形式的项目竞赛，将这一项任务能够较好地完成，可以通过使用四轮小车机器人（弹式投球）来进行对任务的完成。此四轮小车的4个轮子能够向各方向进行前进和后退，但需要强力的马达做支撑，以使四轮小车机器人的动力充足。但是若要在此次任务中获胜，只依靠此四轮小车机器人进行参加竞赛是不能够完成任务的，所以应该将效率和功能方面的多样化进行统一，同时这也符合当前科技发展的主要趋势。
对研究的方向进行确定之后，接下来的任务就是进行具体的设计工作和构建工作，同時，对总体进行考虑是非常必要的。在进行搭建底盘的时候，需要保持底盘的平整性。本次使用的底盘是利用数字加工技术和碳纤维板材制作而成的，此板材需要对后期线路的排布进行考虑和规划，例如马达以及伺服的数量需要多少个、电池安放的主要方法以及NXT等。这些事项都必须提前进行规划，与此同时，还需要考虑将球置入桶中最简洁、最高效的方法。在此环节中，可分为收球以及放球两个环节。球与其他形状的物体相比，具备一定的弹性，因此对球以“投”的方式进行操作自然会得到弹性的助力，关键难点就在于球弹出的稳定性和速度的问题，本次设计子弹回填装置来进行解决弹射问题，并辅之自动收球技术来进行。当弹射问题得以解决之后，投球装置所发挥的效率以及抬升装置所产生的配合不容易进行解决。本次主要通过使用T件（TATRIX件）来进行对其解决，原因在于T件的马达较为强力。若出现T件种类过少的情况，可以通过使用M件（MATRIX件）对其进行弥补，但两种件在螺母方面非常不容易进行区分，所以在应用的过程中，需要细致进行。所使用的投球的装置与弹射装置非常相似，但是由于T件的马达功率较大，因此要注意控制投球时的平稳性以及投球的速度。这对这种问题，应该将缓冲设计加入其中，以对投射过程中因弹力过大而无法投入篮筐中的问题进行解决。
3 FTC机器人竞赛活动参与的一些建议
针对本次对FTC机器人竞赛活动的研究笔者提出一些可行性建议，具体建议如下。
（1）在进行FTC机器人竞赛活动参与的过程中，对机器人进行搭建需要提前设计出一个经得起推敲的整体方案，并且需要搭建小组对这套整体方案进行熟悉和认知，在此基础之上，积极地对各种改进措施进行思考，以对编写程序进行积极配合。
（2）在进行机器人搭建的过程中，必须要做好每一步，尤其是机器人结构方面是否牢固，零部件在运行的过程中能否脱落，这些都应该加以注意。必须对搭建完毕的机器人进行检查和维护，以确保机器人的稳固性，如果在竞赛的过程中，出现零部件的脱落，将会严重影响整个比赛的结果，以及评委对机器人设计方面的抵触印象。所以，搭建小组应该对搭建的每一个环节进行重复检查，并对机器人进行维护。
（3）从程序员的角度来讲，程序员应该对自动和手动的编排进行区分开，如果一个人能够将程序编排完成，最好是由一个人负责程序的编排，因为，将此项工作交由一个人负责，能够对该程序进行熟知，若某一环节出现错误，此程序员会在第一时间将出现错误的程序找到并改正。
（4）从竞赛项目的负责人角度来讲，负责人应该对全局进行统筹安排，对出现的问题进行及时解决，并且还需要负责人具有沉着冷静的心态和准确的判断力、指挥能力等，除此之外，负责人还应该具备较高的素质，并且需要具备较强的交际和沟通能力，以方便对机器人构造、原理以及技术要点进行解说和剖析，以使本次机器人设计的来龙去脉能够被人所知。
（5）进入半决赛和决赛，选择联盟队友的时候，重点应该考虑战术配合协调是否良好、通信联系是否畅通等因素。而不能考虑地域、关系等问题。
（6）比赛的时候“断联”是个不容易解决的问题，为了减少“断联”的几率，操作手比赛时不能携带不相干的通信设备。
4 结语
综上所述，当今时代是一个科技发展极为迅速的时代，主要便体现在新科技出现快、更新快、速度快以及质量优越等特点。因此，对科技的认知必须从青少年开始进行培养，使青少年的创新能力、实践能力以及对知识进行认知的能力得到提高，从而使青少年的综合素质及能力得到增强，使青少年能够达到社会需求的标准，通过科技来进行武装自己、强化自己。本次研究主要对一种FTC竞赛机器人的设计和组装进行研究，研究主要以搭建机器人、程序的编制以及整体管理进行各自分工，来对其设计和组装进行研究，通过研究，此竞赛的机器人设计和组装过程中存在一些细节问题需要参与此竞赛活动的选手注意，并对机器人设计和组装过程中的注意事项进行说明，希望能够为参与此活动者提供可用性意见。
参考文献
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