机器人VEX项目高中组竞技实践

郭佳霖

摘 要：近年，机器人技术得到迅猛发展，已经应用到医学、工业、家庭等方面，笔者通过参加2018年辽宁省机器人VEX项目高中组竞赛，研究实践了VEX工程挑战赛“步步为营”的设计、搭建、操作等活动方案，并取得了良好的实战效果。

关键词：机器人 VEX项目 步步为营

中图分类号：G63 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）12（c）-0196-02

1 VEX项目简介

机器人VEX项目起源于加利福尼亚州立大学、卡耐基梅隆大学、美国太空总署等单位组织的一项世界锦标赛，在2006年中国科协引入该VEX项目，成为我国每年组织5个机器人大赛项目之一，其分为小学、初中、高中3个组别。VEX项目每年都会更换不同的比赛主题与规则，对于参赛队伍而言，每年的比赛都是新的竞争，每个参赛队伍都要根据新规则重新设计比赛机器人，每队操作两台机器人采取对抗的比赛形式，比赛分自动和手动两个部分进行，对抗激烈，互动性强。

2 VEX竞技方案

2018年初，学校为参加中国青少年科技创新大赛组建了VEX项目竞技团队，经过多轮选拔，由于我在初中阶段有过在辽宁省青少年机器人竞赛足球机器人项目铜牌的获奖经历，因此顺利入选VEX团队。在半年的时间里，我们团队对VEX项目从陌生到熟悉、再到熟练，从市内组织的选拔赛一直进军到省内大赛的总决赛，科技创新竞技项目给予了我们一个快乐的成长过程，也点燃了我们对科学殿堂的向往。下面将介绍在参加2018年中国青少年机器人大赛辽宁省赛区VEX工程挑战赛中使用的机器人实践方案。

（1）机器人设计功能：根据本届竞赛主题”步步为营”和比赛规则，完成了比赛机器人应有功能设计。具体如下：一是可以完成“步步为营”项目中规定的锥筒运送任务的基本操作。二是可以完成抓取小得分锥和大得分錐连续高效的动作，其中使用容错率高的方式完成小得分锥抓取，使用尽可能少的机械材料来提升机器的灵敏性以及传感器的准确性。三是改进机械结构，通过增加橡皮筋股数和弹劲系数实现机械臂更快速的竖直伸缩和水平伸缩。

（2）机器人概况介绍：机器人包括无线连接控制系统、伸缩电机、钢制底盘、抬升机械臂、光传感器、连接线等模块，其零部件包括行电源开关、齿轮、摇控手柄、新型锂电池、有机高分子链轮、合金框架、备用电线、钢珠轴承等。搭建过程，第一步：底盘定位。将钢条锯成适合的长度并依照大赛要求尺寸固定成矩形底盘，并用螺丝将轮胎固定于底盘的四角，最后将电机安装于底盘框架的中心。第二步：抬升系统。以底盘的钢制横梁为基础，将机械钢臂依次连接，并配以连接好的轴承等。第三步：抓取系统。用齿轮和弹力橡皮筋制成两个完全相同的圆柱体抓取装置，将黑色塑料泡沫膜用固定束带固定在圆柱体上以便增加摩擦，最后用螺丝固定于机械臂上端。第四步：马达组装。将1～10号共10个不同功率的马达组装于机器人的不同活动位置，并将马达与特定的电机接口相连，从而达到与无线遥控系统的连接以及自主程序的关联。第五步：编制指令输入。根据马达接口序号进行程序编辑，输入相应指令。

（3）竞技策略。影响比赛的各种主客观因素很多，因此需要我们在细节问题分析和处理能力、团队合作精神等各方面展现出较高素质修养，同时也需要制定好比赛策略。每届VEX项目竞赛共同点是通过同场竞技的比赛方式决出比赛的优胜者，不同点在于比赛主题和规则、机器人构造、使用功能、比赛得分物品。由于比赛需要在120s内分出胜负，因此，如何在比赛规定时间内提高本方机器人拾取得分物品的效率，得到尽可能高的分数，同时，最大程度限制或破坏对方得分等内容是操作关键。具体操作策略如下。

①分工策略。VEX项目比赛是一个讲究团队合作分工的项目，只有在平时队员们真正做到各司其职，精诚团结，一个团队才可能取得最后胜利。笔者在4人组成团队中担任队长角色负责全队指挥运行，具体分工为2人负责机器操作（其中1人为指挥官），1人负责程序维护、1人负责机械结构。

②操作策略。对于不同位置得分锥的拾取方式要区别对待，机器人的行走路线原则上是走直（前进或后退）不走弯，能平移（左右方向）不转弯，先平移后转弯，经过大量的观察和反复练习之后，决定采用先用自转马达完成方向的调整，再走直线的优化方案，从而大大提高了效率。

③战术策略。比赛中采用二对二共4台机器人同场对抗的竞赛规则，由于赛场上的局势瞬息万变，如何寻找最优的行进路线以及如何对对方机器人进行有效的干扰是取胜的关键。例如得分区的顺序、机器人的选位如何选择才能更加合理高效，以及在面对特殊情况（如伸缩臂卡顿，橡皮筋断裂等）时的应急处置能力等。

④自动程序处理策略。比赛第一个环节是在前10～20s（具体时间由双方队长抽签决定）运行机器人自动程序，这个环节的重点是需要事先根据比赛要求进行程序编写，这就需要充分考虑现场场地摩擦等环境变化及时调整各个参数，否则一旦时间、速率等参数出现误差，将会造成机器人转弯过度、前进、后退距离不足等各个方面的问题，使得机器人实际运行的路径与理想路径存在较大的偏差。

3 结语

青少年科技创新竞赛是一项融合科学知识积累、技术能力培养、创新探究学习为一体的青少年科学普及活动。参加机器人VEX项目竞技，让我提高了团队协作和组织能力，充分体会到竞技项目的激烈对抗和惊险刺激，更让笔者感受到了科学实践的趣味和自动化科技的魅力，不仅提升了自己动手动脑的能力，能够在科学、技术、工程、物理电学等不同的角度将学到的知识进行应用，而且将创新构想应用于现实目标，激发了自己学习科学的兴趣和自主学习的积极性。

参考文献

[1] 黄华林.中国青少年机器人竞赛注意事项及解决策略实践研究——以2015参赛VEX项目队伍为例[J].中小学信息技术教育，2015（11）：70-82.

[2] 黄华林.电脑机器人VEX项目细节问题分析与解决策略实践研究[J].中国教育技术装备，2015（17）：85-87.

[3] 孙思皓.VEX世界冠军（高中组）——赢在搭建[J].数码世界，2018（6）：311-312.