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第六届全国大学生工程训练综合能力竞赛命题.pdf

发布时间：2022-06-09 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.88M 资料格式：pdf 举报 版权申诉
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    第六届全国大学生工程训练综合能力竞赛命题 （调整方案） 工训赛题 6-01【2019】 本命题用于第六届全国大学生工程训练综合能力竞赛，包含两类 4 项，即无 碳小车类和智能装备类。其中无碳小车类 3 项，即为“S”型赛道常规赛、“双 8 字”型赛道常规赛和“S 环形”赛道挑战赛；智能装备类为智能物流机器人竞赛， 属导向性赛项。 第六届国赛于 2019 年 6 月 1-2 日举办。各省级和校级竞赛应参照此次公布 的竞赛项目安排比赛，允许在具体环节和内容上做出调整，赛后分项上报比赛成 绩与排名。 命题具体说明如下。 一、 无碳小车类竞赛项目 1.1 竞赛命题 本届竞赛命题为“以重力势能驱动的具有方向控制功能的自行无碳小车”。 自主设计并制作一种具有方向控制功能的自行无碳小车，要求其行走过程中 完成所有动作所需的能量均由给定重力势能转换而得，不可以使用任何其他来源 的能量。该给定重力势能由竞赛时统一使用质量为 1Kg、总高度为 99±1mm 的标 准砝码（Φ 50×65 mm，碳钢制作）来获得，要求砝码的可下降高度为 400±2mm。 标准砝码始终由无碳小车承载，不允许从无碳小车上掉落。如图 1 所示为无碳小 车示意图。 图 1 无碳小车示意图 1
    要求无碳小车具有转向控制机构，且此转向控制机构应具有可调节装置，以 适应障碍物间距变化时的竞赛。 要求无碳小车为三轮结构。其中一轮为转向轮，另外两轮为行进轮，允许两 行进轮中的一个轮为从动轮。具体设计、选材及加工制作均由参赛学生自主完成。 1.2 无碳小车竞赛赛程组织与评分 竞赛由无碳小车第一轮现场竞赛、三维设计及 3D 打印制作、机械拆装、无 碳小车第二轮现场竞赛和工程设计报告评定等五个环节组成，具体竞赛评分内容 如表 1 所示。 表 1 竞赛各环节分数比例 序号 环节 评分项目 分数 1 2 3 4 5 总分 第一环节 第一轮现场竞赛 20 第二环节 三维设计及 3D 打印制作 15 第三环节 机械拆装 第四环节 第二轮现场竞赛 第五环节 工程设计报告评定 15 30 20 100 1.3 无碳小车常规竞赛项目 1.3.1 “S”型赛道避障行驶常规赛项第一轮现场竞赛 “S”型赛道如图 2 所示，赛道宽度为 2 米，沿直线方向水平铺设。按“隔 桩变距”的规则设置赛道障碍物（桩），障碍物（桩）为直径 20mm、高 200mm 的 塑料圆棒，无碳小车在前行时能够自动绕过赛道上设置的障碍物。沿赛道中线从 距出发线 1 米处开始按平均间距 1 米摆放障碍桩，奇数桩位置不变，根据经现场 公开抽签的结果，第一偶数桩位置在±（200～300）mm 范围内做调整（相对于 出发线，正值远离，负值移近），随后的偶数桩依次按照与前一个偶数桩调整的 相反方向做相同距离的调整。以无碳小车成功绕障数量和前行的距离来评定成绩。 每绕过一个桩得 8 分（以无碳小车整体越过赛道中线为准），一次绕过多个桩或 多次绕过同一个桩均算作绕过一个桩，障碍桩被推出定位圆或被推倒均不得分； 无碳小车行走的距离每延长一米得 2 分，在中心线上测量。 2
    图 2 无碳小车在重力势能作用下自动行走（S 赛道）示意图 各队使用竞赛组委会统一提供的标准砝码给参赛无碳小车加载，并在指定的 赛道上进行比赛。无碳小车在出发线前的位置自行决定，不得过出发线。每队无 碳小车运行 2 次，取 2 次成绩中的最好成绩。 无碳小车绕障有效的判定为：无碳小车从赛道一侧越过一个障碍后，整体越 过赛道中线且障碍物未被撞倒或推出障碍物定位圆；无碳小车连续运行，直至停 止。无碳小车有效的运行距离为：停止时无碳小车最远端与出发线之间的垂直距 离。 1.3.2 “双 8 字”型赛道避障行驶常规赛项第一轮现场竞赛 如图 3 所示，竞赛场地为半张标准乒乓球台（长 1525mm、宽 1370mm），有 3 个障碍桩沿中线放置，障碍桩为直径 20mm、高 200mm 的圆柱体，两端的桩至中 心桩的距离为 350±50 mm，具体数值由现场公开抽签决定。 图 3 “双 8 字” 型赛道平面示意图 无碳小车需绕中线上的三个障碍桩按“双 8 字”型轨迹循环运行，以无碳小 车成功完成“双 8 字”绕行圈数的数量来评定成绩。 3
    参赛时，要求无碳小车以“双 8 字”轨迹交替绕过中线上 3 个障碍桩，保证 每个障碍桩在“双 8 字”型的一个封闭圈内。每完成 1 个“双 8 字”且成功绕过 3 个障碍，得 12 分。各队使用组委会统一提供的标准砝码参赛。每队无碳小车 运行 2 次，取 2 次成绩中最好成绩。 一个成功的“双 8 字”绕障轨迹为：3 个封闭圈轨迹和轨迹的 4 次变向交替 出现，变向指的是：轨迹的曲率中心从轨迹的一侧变化到另一侧。 比赛中，无碳小车需连续运行，直至停止。无碳小车没有绕过障碍、碰倒障 碍、将障碍物推出定位圆区域、砝码脱离无碳小车、无碳小车停止或无碳小车掉 下球台均视为本次比赛结束。 1.3.3 三维设计及 3D 打印制作 由 1 名参赛队员参与竞赛；经抽签，按照大赛统一规定要求，在计算机上设 计 3D 打印图样，绘制出图样的零件图，零件图上需标示出配合尺寸公差，并用 3D 打印制作出来。本项内容应在规定时间内完成，违规或延时完成者减分，不 能完成者或延时超限者不得分，不能进入后面环节的竞赛。 1.3.4 无碳小车机械拆装 再次抽签，确定新的“S”和“双 8 字”赛道的障碍物桩距。 每队派出 2 名参赛队员对本队参赛无碳小车进行零件拆卸，裁判人员根据爆 炸图进行对照检查。拆卸完成后，按照新产生的抽签数据，装配并调节无碳小车。 拆装工具自带，除标准件及轴承外，不允许自带任何备用零件入场，对违反规定 的行为按减分法处理。现场将提供钳工台。如需使用机床加工，可提出申请，经 裁判批准，可到车间进行普车、普铣、钻孔等常规加工作业，所需刀具和量具自 备。本项内容在规定时间内完成得满分，违规或延时完成者减分，不能完成者不 得分。 1.3.5 无碳小车避障行驶常规赛第二轮现场竞赛 用装配调试完成的无碳小车，再次进行避障行驶竞赛，规则分别同 1.3.1 和 1.3.2。 1.4 无碳小车挑战赛项目 1.4.1 “S 环形”赛道挑战赛第一轮现场竞赛 “S 环形”赛道如图 4 所示，由直线段和圆弧段组合而成一封闭环形赛道， 4
    沿赛道中线放置 12 个障碍物（桩），障碍桩为直径 20mm、高 200mm 的塑料红白 圆棒。竞赛无碳小车能够在环型赛道上以“S 环形”路线依次绕过赛道上障碍桩， 自动前行直至停止。赛道水平铺设，直线段宽度为 1200mm，两侧直线段赛道之 间设有隔墙；沿赛道中线平均摆放 5 个障碍桩，奇数桩位置不变，偶数桩位置根 据现场公开抽签结果，在±（200～300）mm 范围内相对于中心桩做相向调整（相 对于中心桩，正值远离，负值移近）。 以无碳小车前行的距离和成功绕障数量来评定成绩。每绕过一个桩得 8 分 （以无碳小车整体越过赛道中线为准），一次绕过多个桩或多次绕过同一个桩均 算作绕过一个桩，障碍桩被推出定位圆或被推倒均不得分；无碳小车行走的距离 每延长一米得 2 分，在中心线上测量。 各队使用竞赛组委会统一提供的标准砝码给参赛无碳小车加载，并在指定的 赛道上进行比赛。无碳小车在出发线前的位置自行决定，不得越线。每队无碳小 车运行 2 次，取 2 次成绩中的最好成绩。 图 4 “S 环形”赛道示意图 1.4.2 三维设计及 3D 打印制作 要求同 1.3.3。 1.4.3 无碳小车机械拆装 要求同 1.3.4。 1.4.4 “S 环形”赛道挑战赛第二轮现场竞赛 用装配调试完成的无碳小车，再次进行避障行驶竞赛，规则同 1.4.1。 1.5 现场问辩 根据参赛队数量，经各队自愿申请或通过抽签产生参加答辩环节的参赛队。 答辩问题涉及本队参赛作品的设计、制造工艺、成本及管理等相关知识。参与答 5
    辩的参赛队按答辩得分由高到低排序，得分高于答辩平均分的队将得到总分加分， 得分低于答辩平均分的队将得到总分减分。 1.6 工程设计报告评审 各参赛队须自主完成并在参赛报到时提交参赛项目的工程文件，分别为： 1）结构设计报告 6 分； 2）加工工艺设计报告 6 分； 3）工程管理及创业分析报告 8 分。 每种文件纸质版一式 2 份，电子版 1 份，格式及装订均须符合技术规范和竞 赛要求。具体规定及要求由竞赛秘书处另行发布。 各参赛队在报到时还须提交与设计制作有关的 3 分钟视频 1 份和 PPT 文件 1 份，具体规定及要求由竞赛秘书处另行发布。 竞赛评审组对每支参赛队提交的设计方案文件按减分法进行评阅。各队该项 得分计入其竞赛总成绩。 二、智能装备类竞赛项目 2.1 竞赛命题 本届竞赛命题为“智能制造场景中的智能物流机器人”。 自主设计并制作一款能执行物料搬运任务的智能物流机器人（以下简称：机 器人）。该机器人能够在规定场地内自主行走与避障，通过扫描二维码及 Wi-Fi 网络通信领取物料搬运任务，自主按任务要求将物料搬运至指定地点，并按照要 求的位置和方向精准摆放。 基于竞赛项目要求的机器人功能和环境设置，以智能制造的现实和未来发展 为主题，设计一套具有一定难度的物料自动搬运任务及任务工业场景（参考任务 设计模板），为竞赛决赛阶段的现场任务命题提供参考方案。 本项目参赛所要求的实物和文件均由参赛学生自主完成。 2.2 竞赛项目要求 项目要求包括机器人功能、控制、机械结构与外形尺寸等，同时还包括竞赛 场地设置、搬运物料及任务编码等环境设置要求，决赛阶段机器人完成的任务以 竞赛项目要求为基础。 6
    2.2.1 机器人功能要求 机器人应具有自主定位、自主移动、自主避障、二维码读取（初赛用）、Wi-Fi 网络通信（决赛用）、物料位置、颜色及形状识别、物料抓取与搬运、路径规划 等功能；竞赛过程由机器人自主运行，不允许使用遥控等人机交互手段及除机器 人本体之外的任何辅助装置。 2.2.2 机器人电控及驱动要求 机器人所用传感器和电机的种类及数量不限。要求在机器人的醒目位置安装 有任务码显示装置，该装置能够持续显示所有任务信息直至比赛结束。机器人采 用电池供电，供电电压限制在 12V 以下（含 12V），电池随车装载，场内赛程中 不能更换。 2.2.3 机器人的机械结构要求 自主设计并制造机器人的机械部分，该部分允许采用标准紧固件、标准结构 零件及各类轴承，不允许使用成品套件。机器人的行走方式、机械手臂的结构形 式均不限制。机器人腕部与手爪的连接界面结构自行确定。 除 2.3.2.1-(2)中所设计的手爪及机械臂（选做）需要在竞赛现场设计制作 外，其他均在校内完成，所用材料自定。 2.2.4 机器人的外形尺寸要求 机器人（含机械手臂）的铅垂方向的整体投影通过一个外形尺寸与一张 A4 纸相当的门框（“A4 门框”横向或竖向放置均可）方可参加比赛。允许机器人结 构设计为可折叠形式，但通过“A4 门框”后才可自行展开。 2.2.5 竞赛场地 赛场尺寸为 4800mm×2400mm 长方形平面区域，周围设有高度为 100mm 的白 色或其他浅色围挡板。赛道地面为亚光人造板或合成革铺就而成，基色为浅黄色； 地面有间隔为 300mm 的黑色方格线，经线为线宽 20mm 的单线，纬线线宽为 15+10 （间隔）+15mm 的双线，可用于机器人行走的地面坐标位置判断。 在比赛场地内，结合企业的现场环境，设置原料区、加工区和成品区。原料 区尺寸（长×宽×高）为 500×160×80（mm），木质或塑木材料，浅色亚光表面。 加工区和成品区的尺寸（长×宽）均为 800×300（mm），均由不同颜色的同心圆 和十字线构成，每组同心圆和十字线为同一种颜色，用于测量摆放位置的准确程 7
    度。 在初赛时，竞赛场地内给定原料区、加工区和成品区的具体位置，并以高度 和宽度均为 20mm 的挡板将场地一分为二，机器人只能在挡板所围区域内活动， 如图 5、图 6 所示。 图 5 机器人初赛赛场设置平面图 图 6 智能物料机器人初赛赛场三维示意图 8
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