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华北五省大学生机器人大赛 物流机器人项目方案

来源:     时间:2019-02-19

比赛概况:

华北五省机器人大赛由北京市教委联合天津市教委、河北省教育厅、山西省教育厅、内蒙古自治区教育厅共同主办,北京信息科技大学承办。比赛在每年的11月份举行。

一辆自主移动物流搬运机器人,想要通过桥,然后将一个物品从一个桌子上面转移到另一个桌面上。比赛场地是一个厂区室内环境,包含一个障碍通道、一个斜坡桥和两个桌子。

推荐方案简介:

机器人接受命令基于目标的指令控制,整个寻路、抓取等动作完全自主,基于多传感器的数据融合和地图实现。

采用包含超声传感器、红外传感器、图像处理系统、陀螺仪、火焰探测器等多传感器信息系统实现精确的室内定位(可扩展多种传感器系统)。

优秀的机械结构和电气系统保证了稳定、快速和可靠的动作实现。

装配的机械臂和特制的机械手通过传感器标定和控制器控制可完美实现对目标物的抓取。

机器人与手机等手持设备实现通信,实现用手机发送指令和接收机器人全方位整体信息,实现机器人融入智能化家居或物流。

机器人配置及技术参数:

机器人机械本体单元

1. 轮子:4个4寸静音橡胶轮胎轮直径≥100mm(轮面采用TPR高弹性橡胶材料),轮宽≥25mm,单只轮载重≥50kg;

2. 机械臂+机械爪子:轴数:4轴(含选配机械手)金属手抓;抓取重量500g;重量:≥4.5KG,负载能力:≤ 1.25KG,重复定位精度:≤0.2mm,控制方式:脉冲,供电:24V,旋转轴运动范围:+180°到-180°,小臂长度:170mm,小臂运动范围: 10°-130°,大臂长度:140mm,大臂运动范围:0°-130°,速度:45°/s MAX,外形尺寸:268*218*290,最大回转半径:410mm,轴承:平面推力轴承45mm*65mm*14mm 数量1、法兰推力轴承 6mm*12mm*4mm 数量7、法兰推力轴承6mm*12mm*3.5mm 数量4、驱动器:微步细分数15种,最大步数为25000Pulse/rev工作峰值电流范围为1.0A-4.2A

3. 机器人平台:整机重量≥5.2KG,规格尺寸≥长300mm*宽300mm*高400mm。

动力系统单元

1. 四轮独立驱动;4个17W进口直流电动机;工作电压: 12V;输出功率:17W;空载转速:8100RPM;减速后速:120RPM;堵转扭矩:50Kg•cm( 5Nm );连续扭矩:10Kg•cm( 1Nm );出轴直径:6mm;重 量≥250g

2. 全金属精密行星减速箱;减速比:64:1;

3.编码器:光电式 1000线。

电源系统单元

电源:24V锂电源供电,续航时间2小时。分流板:一分四,20A大电流,镀金接口、分流板:一分三,20A大电流,镀金接口,充电器1个。

控制系统单元

多模块堆叠式Arduino mega2560控制系统;扩展板。舵机线路汇流板

传感器系统单元

多传感器数据融合的信息采集系统: 8个声呐、4个红外传感器(2个红外测距传感器模块10-80cm距离传感器; 2个红外测距传感器模块4-30cm距离传感器;) 、2个红外光电开关传感器、1个九轴陀螺仪。

图像处理单元

•采用NXP LPC4330 双核处理器,主频204MHz,264K bytes RAM,1M bytes Flash。OV9715图像传感器。•典型功耗140mA。•电源支持USB 5V输入,或者DC6V-10V。

•尺寸:5.3cm x 5.1cm x 3.6cm。•重量:27克。cmucam5 一台,USB线一条,数据线一条 帧输出速率高达每秒50次。可同时记录多达7种不同颜色和100多个目标。图像通过USB可以实时传输。通信方式包括USB, SPI, UART, I2C以及数字或者模拟信号等多种通信接口。

交互软件包括Windows, MacOS以及Linux等多种版本。固件不断升级,下一步将支持颜色编码和人脸识别。

算法

自主移动算法、基于8个超声自主避障算法、视觉色块抓取算法、基于80mm颜色小球视觉跟踪算法、红外定位算法、连续复杂路况定位移动算法。

机器人运动

速度为10~15m/min。攀爬能力≥22°;负载≥31kg

附件:华北五省大学生机器人比赛物流服务比赛规则

1.比赛目的

设计一个基于微处理器和传感器完成的小型机器人,在模拟的厂区内可以自动准确识别物体的具体位置、跟踪、避障、平稳夹持物体和放置物体、自动定位机器人自身精确位置并准确回到起始点,主要考察了搬运机器人的关键技术机械系统、电气系统、控制系统、视觉识别、避障系统、室内定位等技术。

培养学生如下几点能力:

(1)机构认知、动手能力:机器人本体机构认识,锻炼动手能力。

(2)电气系统认知:机器人电气系统,锻炼电气连接动手能力、传感器系统设计。

(3)控制系统认识:机器人控制系统设计,控制算法、编写控制程序。

(4)软件系统认识:机器人软件系统设计,锻炼决策算法的编写。

(5)一个小组:2-4 人每人负责一块任务,锻炼学生团队合作能力

2.比赛任务

比赛模拟一个情景:一辆自主移动物流搬运机器人,想要通过桥,然后将一个物品从一个桌子上面转移到另一个桌面上。比赛场地是一个厂区室内环境,包含一个障碍通道、一个斜坡桥和两个桌子。

在裁判的信号指令下,机器人开始比赛,完成如下任务顺序:

从起始点出发→精确行驶通过单边桥→准确抓取物品→将物品转移到指定的桌子上→回到起始位置上,整个过程必须是自主完成。

裁判会观察评估准确定位精度、并记录从发出开始到机器人将物体放在桌子上、回到出发区的时间;评估完成动作能力等。

3.比赛规则

(1)机器人要求:参赛的机器人要能够放入一个长宽高 330mm*310mm*420mm 的区域内;要求车轮胎面宽度≤30mm。

(2)比赛时间规定:按照抽签顺序进行比赛,比赛开始时不能在 1 分钟到达指定比赛位置视为自动放弃比赛机会。

(3)规则与裁判

每场比赛将委派两名裁判执行裁判工作,两名裁判分别多各组参赛队伍进行打分,最终取平均分作为比赛结果,裁判员在比赛过程中所作的裁决为比赛权威判定结果不容争议,参赛队伍必须接受裁判结果。裁判的责任:

①执行比赛的所有规则。

②监督比赛的犯规现象。

③记录比赛的成绩和时间。

④核对参赛队员的资质。

⑤审定场地,机器人等是否符合比赛要求。

(4)比赛中要求:

①机器人在参加比赛抽签前,必须保证机器人的电源电量充足,机器人所需传感器和驱动器等没有损坏,(比赛中禁止使用电烙铁、电钻、热风枪、热熔枪、打火机等危险工具)。

②机器人比赛过程为完全自主模式,比赛开始到结束的过程不允许学生干预比赛。

③比赛前 20 分钟机器人按照抽签顺序安排在检录区。

④每场比赛开始前 1 分钟,比赛队伍双方一名队员为对手布置比赛障碍物和摆放抓取物体。

(5)比赛顺序:

第一轮排位赛,比赛顺序按照自己的抽签顺序依次进行,按照成绩的高低由高到低依次排序,如果总队伍数为奇数的话,最后一个队伍直接淘汰,不能进入下一轮淘汰赛。

从起始点出发→精确行驶通过单边桥→准确抓取物品→将物品转移到指定的桌子上→回到起始位置上,整个过程必须是自主完成。(此过程不包含障碍通道,三个球的位置固定,依次为蓝绿红,具体见附图)

第二轮淘汰赛,按照第一轮的排位赛顺序(成绩由高到低进行排序)进行对赛,采用由高排位的对低排位的;举例说明,假如总队伍数位 8,排位为第 1 的第8,第 2 对第 7,第 3 对第 6,依次类推。第一轮淘汰赛结束晋级的队伍,在按照自己第一轮出场的顺序进行对赛,直到最后决出冠军。

从起始点出发→ 精确行驶通过单边桥→准确抓取物品→顺利通过障碍通道→将物品转移到指定的桌子上→回到起始位置上,整个过程必须是自主完成。(此过程障碍通道和三个球的位置都有参赛对方的选手来摆放。)


4.比赛计分标准

每个参赛队伍以团队的方式参加比赛,每队由 2~4 名队员组成,在比赛时可以自主安排各名队员的任务决策,最后派一个代表操作机器人,每一个参赛队伍在完成整个比赛流程后,裁判根据比赛的整个过程及完成任务情况给出比赛的最终成绩。

注:比赛开始时,障碍通道和三个不同颜色物体的摆放位置由对方的参赛选手来摆放,障碍通道可随机摆放在 Y 方向 0~300mm 区域内。

计分细则:

接触障碍物被扣分,

(1)双边桥坡道:20 分,顺利完成,且没有出现掉落现象得 20 分;

(2)定位抓取:10 分,图像识别定位得 7 分,并顺利抓取物品且不掉落+3 分;采用其他传感器进行定位得 2 分,并顺利抓取物品且不掉落+3 分;

(3)抓取物体颜色:20 分,抓取到绿色得 20 分,红色得 15 分,蓝色得 10 分。

(4)物品放置:5 分,并顺利放置到指定区域内 5 分;

(5)自动避障:10 分,机器人能自动识别通道位置并顺利穿过+10 分;

(6)回基地:5 分,机器人回到指定 450*450mm 的区域内,垂直投影未完全在基地内-2 分

(7)在分数相同情况下,以耗时最短者获胜。

接触墙体或障碍物-3 分/次,如严重时取消比赛资格,机器人会以挑战失败告终。

附图:场地尺寸图及相关说明

点击下载:华北五省大学生机器人大赛物流服务项目


(编辑:元元)

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