起重机创意大赛比赛总结（7.17-8.17）

校赛结束（7.14）以后我们才正式制作起重机器人，时间比较短，熬了若干个通宵以1分11秒获得了区域赛（7.31）第一名，区域赛以后换了几个步进电机并加入了加减速算法将时间压缩到了50秒，由于准备时间比较短，整个机械机构不太稳定限定了整个搬运的极限最短时间。国赛（8.17）由于运输问题导致结构变形、板子部分引脚烧毁只获得了国三。

1 比赛规则

三个乐扣盒、三罐可乐随机放置在取物区，起重机器人需要将这个6个物体搬运至堆码区堆叠起来，两个堆码区分别由4整包打印纸垂直堆放组成，若将这6个物体放置于同于堆码区上将有额外加分。乐扣盒、可乐、打印纸规格如下：

可乐330ml，高123mm，外径66mm

搬运总分由总搬运分（搬运物体、时间、放置方式）、作品重量分、创新分构成

比赛初期我们一直在思考如何减小重量、因此我们电机均选用的42步进电机、结构也不太稳定，通过后期计算发现只要速度够快，重量分可以忽略不记，因此首先应该考虑的是搬运的成功率和搬运速度（42电机+减速器：速度够了扭矩不够、扭矩够了速度又慢了，不如直接大电机带减速器），步进电机一定要带减速器，不然精度会不够

2 搬运视频

3 机械结构

整体结构大致如下图所示：

3.1 移动

整个起重机移动通过两个42步进电机（带减速器）驱动橡胶轮实现，本起重机器人有两个主动轮、两个从动轮

3.2 转动

转动通过步进电机驱动齿轮转盘轴承实现，上面整个部分安装于齿轮转盘上，随着齿轮转盘转动而转动，此处使用的电机是42电机带14减速比，转动需要的精度比较高

3.3 抬升

整个机构抬升部分我们采用的是导程为10的丝杠，抬升部分是最耗时的操作，如果电机驱动力比较大可以采用更大导程的丝杠，或者直接用齿轮齿条或者带轮驱动，这样能极大的缩减抬升时间

4 物体抓取

物体抓取采用吸盘结构、一次性将6个物体同时吸起再依次放置。若采用淘宝直接购买的吸盘对控制精度要求及其高，吸盘几乎要正对可乐才能将可乐吸附起来，因此吸盘需要进行改造（改造部分见后文）
原来我们采用6个泵，后来听取了xx的意见为了减少重量改为了3个泵即一个泵控制两个吸盘，这样控制难度增大了、吸盘的吸附能力减弱了很多，重量减少的微乎其微，不如采用6个泵，吸附更加快速、牢靠
为了获得更大的吸附力。我们采用的大气量18L的真空泵

泵末端两个电极正负可以颠倒、只要通电就可以，泵的两个口其中之一为进气口、另外一个是出气口，要注意区分，
进气口通过软管连接至吸盘，泵将软管内空气抽出就和外界形成了压强差，从而将物体吸附。

为了顺利放置物体，还需要使用电气阀，需要放置物体时将吸盘处与大气接通，从而将物体放置
电气阀原理如下图：

上图所示电气阀，未通电情况下，A口与B口导通，通电后B口与C口导通

泵、电气阀、吸盘连接如上图所示，抓取物体时，泵通电，此时A口、B口导通，从而将物体吸附。放置物体时，阀通电、泵断电，B口、C口导通，吸盘处从而与大气导通，将物体放置

泵和电气阀的开关通过继电器来实现，继电器与控制器一定要共地（GND相连），使用同一个电源也能达到共地的效果，这样控制器才能成功控制继电器

5 物体识别

物体识别（识别可乐和乐扣盒）采用了6个超声波模块
可乐和乐扣盒俯视图如下

蓝色区域代表乐扣盒，红色区域代表可乐，两者俯视面积不同，超声波测距模块垂直向下安装，安装区域在蓝色区域内。
若为可乐时，超声波直接测量到达地面的距离；为乐扣盒时，超声波测量达到乐扣盒上表面的距离，两者距离不同，从而对可乐和乐扣盒进行了识别。

6 吸盘改造

若采用网上直接购买的吸盘，其对控制精度要求及其高，难以实现

因此我们要扩大吸附误差允许范围

上图中，红色区域为可乐俯视图，蓝色点为吸盘的吸孔，理论情况下当吸盘的孔位于可乐边缘时为最大误差，在这种极限情况下若能将可乐吸附就大大减小了控制难度，这种情况下吸盘半径应该在可乐半径的基础上再加上个可乐半径，即吸盘的半径应该为50mm。
最初改造后的吸盘效果如下：

7 注意事项

1、布线完成后可以多使用缠绕管，将线进行包裹，更加美观
2、结构部分若为导电金属，各模块正反面绝缘包裹要做好，严重可能会烧坏板子或者模块（血的教训）
3、继电器的瞬间接通可能会对单片机控制造成影响，要做好隔离
4、结构的稳定性对后续编程影响很大，对于该比赛速度最重要，因此要首先考虑结构稳定性和电机的驱动能力

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