“创意之星”机器人竞赛及实训平台研发

摘 要：机器人竞赛普遍开展各类院校以锻炼学生的思维能力、创造能力、合作能力等。此实训平台的研发是实现通过数百个基本“积木”单元的组合，搭建出各种发挥想象力的机器人，并可为自己搭建出的机器人编程，为学生提供一个基础又灵活多变的实验平台。

关键词：机器人竞赛 实训平台 方案研究

中图分类号：TP242 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）11（b）-0171-01

机器人竞赛是教育和高科技的结合，由于机器人自身的特点和对未来社会的影响，机器人不仅仅是全面素质教育的好教材、好办法，而且是科普教育的重要园地。随着机器人技术的发展和信息技术普及深入，机器人教育及竞赛已广泛深入高校甚至中小学校，成为培养学生创新能力、设计能力、动手能力、综合应用能力和学习兴趣的重要手段。机器人竞赛实际上是高技术的对抗赛，从一个侧面反映了学校信息与自动化领域基础研究和高技术发展的水平。机器人竞赛使研究人员能够利用各种技术，获得更好的解决方案，从而又反过来促进各个领域的发展，这也正是开展机器人竞赛的深远意义，同时也是机器人竞赛的魅力所在。

1 项目分析与研究方案

1.1 机器人系统的组成

功能方面来分：机器人主要由构架系统、感知系统、执行系统、决策系统、能源系统等几大部分组成，如图1所示。

构架系统：相当于人体的躯干和骨骼，它承载着机器人的所有部件，是机器人的根本和基础。感知系统：相当于人的眼睛、耳朵、鼻子、皮肤等，可以感知外界的各种信息，如：距离、声音、气味、温度、湿度、形状、颜色等。执行系统：相当于人的肌肉和四肢，可以使机器人具有行走、移动等功能，并完成特定的任务，如取物、灭火、营救、排爆、踢球等人们设计的各种动作。决策系统：相当于人的大脑，它将机器人从感知系统感知的各种外界信息进行处理、判断，然后做出决策，并发出信号控制执行系统按照程序预设的方式进行处理。决策系统常用的控制芯片有：C51单片机、PIC单片机、AVR单片机、高端ARM处理器等。能源系统：相当于人的心脏和肺，它给机器人的感知系统、执行系统、决策系统提供能量，如电能、热能、机械能等。

1.2 本平台研究的主要内容

（1）构架系统与执行系统。

结合人形机器人、轮式机器人及其他形状机器人的结构特点，开发一套花键式结构连接件。利用该套连接件可以搭建各类机器人机械平台。

（2）感知系统。

感知系统中，常用的传感器有：测距声纳、红外测距传感器、红外光电开关、姿态传感器、碰撞开关、声强传感器、光强传感器、声音传感器、颜色传感器、摄像头等。本项目拟开发模块化的上述组件（不包括摄像头）。

（3）决策系统。

决策系统将机器人从感知系统感知的各种外界信息进行处理、判断，然后做出决策，并发出信号控制执行系统按照程序预设的方式进行处理。决策系统常用的控制芯片有：C51单片机、PIC单片机、AVR单片机、高端ARM处理器等。

（4）能源系统。

2 采取的研究方法、技术路线和试验方案

2.1 研究方法

（1）调研法：通过广泛的调研，结合学院电信、应电、电气、模具等专业对开展机器人教育的需求及国际国内有关机器人竞赛的平台，分析技术细节、难点，确定平台建设架构。

（2）试验法：通过仿真、硬件搭接及调试等途径完成各电路模块的硬件设计，然后拼装各类机器人，运用数学建模知识、自动控制原理及有关软件技术，实现各类机器人的决策控制，并形成配套的技术资料。

3 特色与创新之处

“创意之星”机器人竞赛及实训平台是一套用于高等工程创新实践教育的模块化机器人平台，可通过数百个基本“积木”单元的组合，搭建出各种发挥想象力的机器人，并可为自己搭建出的机器人编程。因此，无论是机械、电子还是电气专业，都可以基于该平台，根据需要选择自己的侧重点，承载学生的实验、实训、课程设计、毕业设计或技能竞赛。

4 结语

实践证明，该平台可靠性高，灵活性强，解决了目前机器人系统不能灵活拼拆组合，实现既可“独立”又可“复用”的技术问题并且可适用于各类大众机器人竞赛，节约了竞赛和培训成本，提高了工作效率，具有较强的推广价值。

参考文献

[1] 焦国太，冯永和，王锋，等.多因素影响下的机器人综合位姿误差分析方法[J].应用基础与工程科学学报，2004（4）.

[2] 丑武胜，王田苗.基于互联网的机器人远程实验系统[J].高技术通讯，High Technology Letters，2003（8）.