FLL競賽機器人搭建的基本要求

周洋

摘 要：在FLL機器人競賽中，基礎小車的搭建是完成任務的基礎，完成任務的準確性和穩定性有很大一部分因素取決于基礎小車的搭建。本文從驅動輪、從動輪、重心、傳感器、電機等幾個方面來探討基礎小車的搭建問題。

關鍵詞：FLL；機器人；傳感器；搭建

近十年，機器人競賽越來越普及，種類也非常繁多，這些比賽對促進青少年的發現問題、解決問題的能力有著很大的提升作用，與當前所倡導的素質教育不謀而合。許多大學目前也開設了機器人專業，家長的教育理念也有所更新，機器人教育也符合孩子們的天性，種種原因都使得機器人教育和機器人比賽蓬勃發展，一片欣欣向榮。其中FLL比賽是較為復雜，對青少年的能力考驗要求比較高的一項比賽，在該項賽事中，機器人的結構搭建又是完成比賽中各項任務的基礎，本人就這幾年的參賽經驗對基礎的搭建要求進行了一下總結，希望對參賽者有所幫助。

一、驅動輪和從動輪的要求

樂高器材中可以用作驅動輪的輪子很多，有大、有小、有寬、有窄，在比賽中很多參賽隊都各有采用。這些輪子在走直線時是沒有什么誤差的，主要的誤差來自于拐彎，太寬的輪子由于場地不是絕對平整的，在拐彎的時候中心點就沒法確認，導致拐彎的誤差較大，所以應選用較窄的輪子，這樣誤差較小。直徑大的輪子可以實現較快的速度，但同時慣性較大引起誤差；直徑較小的輪子速度較慢，但誤差較小。輪胎與周圍結構件要空開2毫米以上的距離，防止輪胎與結構件摩擦引起誤差。

從動輪不宜選擇萬向輪，因為萬向輪在結構上不夠穩定，會引起轉向的誤差，可以選擇轉動靈活的普通輪轂作為從動輪。通常兩動力輪之間的距離在15～18厘米左右，動力輪與從動輪的前后軸距在14～20厘米左右。

二、車體重心的要求

在垂直方向，為了車體的穩定，整機的重心應該盡量靠下，在樂高所有的器件中控制器（包括電池）和電機的重量是比較大的，所以這些零件應該裝在較低的位置。在水平方向，整機的重心應該離驅動輪較近，離從動輪較遠，兩者的距離大約為1：2。如果重心離驅動輪較遠，那么驅動輪就有可能會打滑，引起比較大的誤差；如果重心離驅動輪太近甚至就落在驅動輪上，那么在行進的過程慣性就會引起車輛的點頭和抬頭，從而引起誤差。

三、傳感器的使用

樂高提供的傳感器種類很多，但能夠在FLL比賽中發揮作用的卻很少。光電（顏色）傳感器在比賽中使用頻率較高而且是必不可少的一個傳感器，可以用單光電來巡線定位，常用的定位算法是PID算法，但在實際比賽中往往只要用到P算法就可以達到要求。可以用雙光電來進行垂直定位，在車輛的左右水平位置各安裝一個光電傳感器，左側的傳感器控制左輪，右側的傳感器控制右輪，左側的傳感器檢測到黑線左輪就后退，檢測到白色左輪就前進，右側也是一樣，這樣就可以達到與黑線垂直對齊的目的。可以用單光電光電巡線+光電定位，一個光電傳感器負責巡線，另一個光電傳感器負責檢測旁邊垂直的黑線，一旦檢測到黑線，機器就可以進行下一步動作，例如停下來完成任務等。

角度傳感器也使用得比較多。它是集成在電機內部的，用來反饋電機旋轉的角度，是非常重要的控制電機的手段。

超聲波傳感器可以用在對精度要求不是很高的任務上，因為小車前進的速度和超聲波本身都會對距離的判斷帶來誤差，使用的距離也應該控制在4～12厘米左右，太近或太遠都會有較大的誤差。

觸碰傳感器可以用在啟動機器和靠墻對齊時。可以利用按一下觸碰傳感器來啟動機器或是在比賽過程中再次啟動機器。靠墻對齊要求在機器的最后面的水平對稱位置安裝兩個觸碰傳感器，一旦兩個傳感器同時被按下就說明對齊成功，可以進行下一步動作。

至于陀螺儀、聲音傳感器、溫度傳感器在FLL比賽中都不適合使用。

四、車身形狀的要求

首先，整個車體的結構要非常穩固和結實，不能在比賽中有零件松脫的現象。結構不穩固會在行進中引起跟距離成正比的誤差。如有零件松脫了，裁判會進行判罰。第二，車輛的前后左右最好使用圓弧或倒角的結構，不要使用直角，這樣在車體拐彎的時候可以減少碰到模型或墻壁的概率。第三，車體后面做成一個平面或在左右兩邊做出兩個凸起，用來進行靠墻對齊。第四，如果需要安裝導向輪，那導向輪的位置一定要在驅動輪的前面，不要超過墻壁的高度。第五，車輛的四周要平滑，要留下固定點。這樣就可以方便地安裝和拆除策略物。

五、控制器和連接線的要求

控制器最好是橫放在車輛上，否則重心不太容易控制。控制器的下載口的空間要預留出來，否則無法下載程序。控制器要方便拆卸，這樣可以方便更換電池和充電。連接線要盡量藏到車輛里面去，千萬不能鼓在旁邊，更不能碰到傳動部件，這樣會嚴重影響任務的執行。

六、電機的選擇要求

目前主流的電機主要是NXT電機和EV3電機，在實際使用中EV3電機在啟動時的誤差要比NXT電機大，所以我們通常使用NXT電機。電機要挑選兩個最為接近的電機，在挑選時可用一根軸連接兩個電機，然后讓兩個電機同時轉動，在啟動時比較平順，沒有跳動的即可作為一對電機來使用。

以上是在近幾年的比賽中對于基礎小車搭建的一些心得，希望對讀者能有所幫助。