2023年高职组机器人竞赛项目规程.doc

全国职业院校技能大赛

选拔赛高职组机器人项目规程细则

主办单位：贵州省教导厅职成教处

承接单位：北京中科远洋科技有限企业

一、赛项名称
机器人技术应用
主题：智能工厂
二、赛项指导思想
机器人项目方案将紧紧围绕大赛指导思想——适应国家产业构造调整与社会发展需要，展示知识经济时代高技能人才培养特点；引领有关高职专业教导教学改革；重视展示和考察选手职业道德与团体协作精神；吸引企业（用人部门）参与，提高高职教导社会承认度而展开。赛项综合了自动化、机械、计算机、物联网等专业技术，与机器人应用与推广需要有对应使用和维护维修人才需求相吻合，体现了高职教导积极服务经济建设，进而为提高国内机器人应用水平作奉献。通过机器人大赛，可觉得高职教导工作者和学生提供一种体现创新、展示能力、交流经验、竞技角逐大平台；同步也为专业教学改革、校企合作、展示高职风采提供一种良好楔机。
三、竞赛目
设计本方案目，寄但愿于通过技能大赛，加紧工学结合人才培养和课程改革与创新步伐，探索培养企业需要机器人使用、维护维修高素质技能型人才新途径、新措施。
本方案通过信息技术创新手段，以智能机器人为载体，运用物联网技术在一定程度实现智慧工厂模式，提炼竞赛内容；按照技术应用规定和方略选用（反应动手能力和体现创新意识）实际过程编排竞胜过程；检阅参赛队组织管理、团体协作、工作效率、质量与成本控制、安全意识等职业素养；引导高职院校关注行业在“机器人技术应用”、“物联网技术应用”方面发展趋势及新技术应用；物化竞赛成果，提高竞赛成绩评估客观性，增强欣赏性和扩大宣传效应。增进智能机器人技术（尤其是自主识别、自主决策技术）及物联网射频识别技术普及。
四、竞赛方式
采用团体比赛形式，每个高职院校选派1~2支代表队，每个参赛队由3名选手（设场上队长一名）和1～2名指导教师构成。
模仿智能工厂工作过程，由2台机器人互相配合实现比赛任务。
五、比赛内容与规则
（一）、比赛场地

关键点2

关键点1
1号货架

装配台A

第1组交通灯
3号货架

装配台D

关键点4

关键点3

图1 场地立体效果图

图2 场地俯视图
本场地模仿了一种智能工厂布局。
1、尺寸：大小为8米*6米。其中外围档板高10cm，材质为木工板。
2、货架：分为单面货架1个（3号货架，上下2层，可以存储6个工件）；双面货架2个（1号和2号货架，上下2层，分别可以存储12个工件）；1号货架存储位置编号A1-A6、B1-B6，2号货架存储位置编号C1-C6、D1-D6，3号货架存储位置编号E1-E6。
3、出发区：机器人正式启动前所停泊区域，大小为1000mm*1000mm。
4、交通灯：3组交通灯，每一组交通灯有红绿2盏交通灯。比赛时，2组亮红灯，1组亮绿灯，机器人必要从绿灯下道路通过。比赛开始后，安装在框架上交通灯控制器将3组交通灯亮灯状况以无线通讯方式发送给机器人。
5、装配台：共有4个装配台，编号从0A-0D，在场地上按照顺时针摆放，机器人在此处将携带工件根据任务中规定规定进行堆放。每个装配台周围有一种500mm*500mm装配区。
6、工件：使用尼龙，30个工件，每个工件均贴有RFID标签，RFID标签符合ISO18000-6C原则，内储存该工件编号及工件名称、重量、基本尺寸等信息。
工件分为4种，形状均如图3所示，直径有80mm和60mm两种，每一种分为红蓝两色，详细为红色大直径工件9个（编号1-9）、红色小直径工件9个（编号10-18）、蓝色大直径工件6个（编号19-24）、蓝色小直径工件6个（编号25-30）。每个工件底部均开有圆孔，小直径工件可以叠加在大直径工件上。

图3 工件
7、仓库门：场地上有2扇仓库门，机器人必要通过仓库门进入或者离开仓库。
8、关键点：在场地上共有4个关键位置，前3个关键点代号分别是55、81、189，关键点4选用绿灯亮者所在点（即1组绿灯亮，关键点代号96；2组绿灯亮，关键点代号95；3组绿灯亮，关键点代号94），如图1中标注红色圆点处（注意：实际场地上并没有红点），当机器人运行通过这些关键点时，需要将位置信息上传给场边电脑。
所有比赛道具图纸此外公布，各参赛学校可以根据图纸自行制作，也可以向大赛合作企业购置。
（二）、比赛机器人
大赛机器人设备由机器人平台、扩展主板、机器人上部机构、RFID读写器、ZIGBEE无线模块、监控软件构成，其中机器人上部机构需要参赛队自行开发。每个参赛队使用2台机器人，每队机器人总重不超过50公斤。
1、机器人平台：使用北京中科远洋科技有限企业A200型机器人平台，构成如图4所示，参与过全国技能大赛机器人项目学校可以继续使用本来A200平台。
机器人平台在使用中必要遵守如下几点平台使用规范：
（1）指定机器人平台除了铝板可以拆卸外，别旳所有部件需要更换时必要使用同型号、同规格产品。
（2）机器人平台电池、巡线传感器信号处理板、主控制板、电机驱动板、巡线传感器可根据上部机械机构及整体设计需求变化安装位置，平台车轮、万向轮安装位置可此先后移动。
（3）机器人供电所有来自于指定三块电池，不能使用此外供电方式。
（4）机器人行走必要使用所提供主控制器控制。
（5）机器人运行必要依托平台所提供巡线传感器。

图4 A200机器人平台构成
每个参赛队必要使用大赛组委会指定机器人平台，否则不得参与比赛，在此基本上自行设计机器人参与比赛，对指定机器人平台所做改动必要符合“机器人平台使用规范”规定，否则不得参与比赛，成绩以0分计。
2．扩展主板：由北京中科远洋科技有限企业提供，用于扩展A200机器人平台外部接口。
3．机器人上部机构：由参赛队根据比赛任务自行设计制作。
4．RFID读写器：读写器通过RS232与机器人平台主控制板通讯，必要符合ISO 18000-6C原则。大赛使用北京中科远洋科技有限企业ZKR6806M型嵌入式超高频读写模块。
5．ZIGBEE无线通讯模块：用于机器人与场边电脑以及机器人之间互相通讯。大赛使用北京中科远洋科技有限企业ZKM101型，如图5所示。

图5 ZIGBEE模块
6．监控软件：监控软件采用北京中科远洋科技有限企业开发ZK3D-RObotCAD1.0版机器人状态实时监控软件，软件安装在场边电脑上，由裁判操作，采集并显示机器人发来信息，软件使用VS.NET开发平台，参赛队需要将机器人运行信息上传给场边电脑，机器人与场边电脑监控软件之间通讯程序由参赛队根据公布通讯协议编写，机器人与场边电脑监控软件之间通讯协议见附件1。
监控软件拥有功能：
①比赛开始时，由裁判下发抓取工件任务（需要抓取工件编号，每一台机器人指定4个工件）、下发工件装配任务（工件在装配台上安放位置）、下发交通灯控制命令、下发机器人启动命令。
②接受机器人上传信息，显示目前车载工件数量、实时更新货架状况、实时更新装配区工件状况。
③接受机器人上传信息，在场地图上实时显示机器人关键点位置信息。
④显示路灯状态。

六、比赛任务
1．任务规定：
（1）裁判使用场边电脑向机器人发出启动指令，并下发任务。
（2）机器人出发后，通过入库门进入仓库；
（3）仓库中货架上共有30个工件，每个工件上贴有RFID标签型号：ZKRI1066D，具有唯一信息，工件在货架上随机摆放，每个队从30个工件中，抓取8个指定编号工件，由2台机器人共同完毕，工件放在机器人上；同步，机器人将采集到工件信息以及在货架上位置信息发送给场边电脑。
每个队2台机器人，1号机器人指定抓取2个红色大直径工件和2个蓝色小直径工件，2号机器人指定抓取2个蓝色大直径工件和2个红色小直径工件。
（4）机器人通过出库门离开仓库。
（5）在仓库与装配区之间有3条道路，机器人接受红绿灯信息，从亮着绿灯道路上通过，前去装配区。
（6）在装配区，机器人按照指定工件装配规定，将工件放置在装配台上，并将放置信息发送给场边电脑。
装配时，每个装配台放置2个工件，规定：同一种颜色工件装配在一起，大直径工件在下，小直径工件在上。每个装配台所需要放置工件颜色在比赛开始时，通过场边电脑下发给机器人。
（7）机器人在场上运行时，通过场上关键点时，将机器人位置信息发送给场边电脑。
2、竞赛时长：任务完毕10分钟。
3、机器人规定：
（1）每台机器人由队员启动后必要是自主运动。
（2）比赛开始后，由裁判给机器人下达启动指令，所有自动机器人可以依次启动，不过必要在50秒以内所有启动完毕，超过50秒后，没有启动机器人再次启动必要申请重试。
（3）所有机器人在出发区放置完毕后，操作机器人队员必要及时退出赛地，站在木质围栏外。
（4）一旦机器人启动，参赛队员不得接触机器人。
（5）启动前，所有自动机器人在启动区内必要纳入1000mm长、1000mm宽、1500mm高空间范围，机器人所有部件在水平投影任何方向上都不能超过启动区。
（6）启动后，自动机器人尺寸和形状可以变化，但高度限制在mm以内，任一时刻瞬时宽度不能超过1500mm。（在水平投影任何方向上测量都应符合此规定）
（7）比赛一旦开始，自动机器人不容许分离。
机器人在场上发生故障时，为保护机器人，参赛队员可以向裁判申请关闭机器人电源，不过关闭电源后，机器人在场上位置不容许变化。
4、机器人重试
（1）每场比赛每队容许一次“重试”（但可以运用该机会重启多种机器人）。
（2）“重试”申请被裁判容许后，参赛队员必要把机器人搬回到机器人启动区，并尽快启动（容许人工启动），容许重试机器人必要符合上述机器人规定。
（3）“重试”时，机器人任何部件均不能更换，机器人能源也不能补充或增长，机器人已经抓取工件可以继续放在机器人上。
（4）当“重试”违反规则时，由裁判作出裁决，波及“重试”与否有效。
（5）重试时间是30秒钟，从队员入场接触到任何一台要重试机器人开始计时。30秒内没有启动机器人将被留在启动区。
5、能源
（1）比赛期间各队应为自己所有机器人准备能源。
（2）容许使用电源电压不得超过24VDC。
（3）压缩空气压强应不不小于0.8MPa，每台机器人所用气瓶总容积不应超过1.5L。
（4）不容许使用组委会认为危险和不恰当能源。
6、重量
所有机器人波及能源和机器人其她部件都必要在赛前称重，每个队用于整个比赛所用机器人总重不得超过50.00kg，否则，不得参与比赛，成绩以0分计。
七、评分措施
参赛队成绩由上部机构设计分（占总分15%）、职业素养分（占总分5%）、和任务得分（占总分80%）构成。
（一）上部机构设计分评分措施
1. 上部机构设计分满分为15分。
2. 上部机构设计分由该场比赛裁判按照机构设计自创性、先进性、合理性、稳定性和经济环境保护、可拓展性等原因进行评估。
（二） 职业素养分评分措施
1. 职业素养分满分为5分。
2. 职业素养分由该场比赛裁判按照参赛队如下方面体现进行评估：
（1）公平竞赛，遵守赛场纪律。
（2）遵守操作规程，安全、文明参赛。
（3）冷静、高效，分工合作，一丝不苟。
（4）着装规范整洁，爱惜设备，保持竞赛环境清洁有序。
（5）抗工作环境干扰能力强、善于与裁判沟通。
（三）任务得分
1. 任务得分满分为80分。
2．机器人接受场边电脑指令后启动，得1分/机器人
3．机器人从仓库入口进入仓库，得1分/机器人。
4．每个参赛队需要从比赛场地上货架上鉴别并抓取8个指定工件，放在机器人上，2分/工件；向电脑上传工件信息并对旳显示，1分/工件；上传工件在货架中位置信息并对旳显示，0.5分/工件。
5．机器人从仓库出口离开仓库，得1分/机器人。
6．机器人前去装配区时，对旳感知途中路线状况，从绿灯处通过，得3分/机器人。
7．机器人进入装配区，按照对旳次序将工件放置在装配台上，得3分/工件；若安装次序不对旳，得1分/个；若没有放置在装配台上，不过进入了装配区，得0.5分/个；向电脑上传装配台工件位置信息并对旳显示，得1分/工件。
8．机器人在场地运行时，将通过4个关键点位置发送给电脑，并对旳显示机器人位置信息，得2分/点。
（四）违规扣分
选手有下列情形，需从比赛成绩中扣分：
1．在完毕工作任务过程中，因操作不妥破坏赛场提供设备，视情节扣5-10分；
2．出现污染赛场环境，工具遗忘在赛场等不符合职业规范行为，视情节扣5-10分。
八、安全
1.制成所有机器人均不能对操作者、裁判、比赛工作人员、观众、对方设备和比赛场地导致伤害。
2．为了保证安全，机器人电源电压不超过24V，假如使用激光束，必要低于2级激光，并以不伤害任何操作者、裁判、比赛工作人员、观众、对方设备和比赛场地方式使用。
九、成绩评估方式
比赛成绩按照总得分从高究竟排列，若总得分相似，则按照完毕任务时间，用时少队伍排名在前，最终决出一、二、三等奖。
本次竞赛设一等奖（10%）；二等奖（20%）；三等奖（30%）。
十、申诉与仲裁
（一）、申诉
1．参赛队对不符合竞赛规定设备、工具、软件，有失公正评判、奖励，以及对工作人员违规行为等，均可提出申诉。
2．申诉应在竞赛结束后2小时内提出，超过时效将不予受理。申诉时，应按照规定程序由参赛队领队向裁判组递交书面申诉汇报。汇报应对申诉事件现象、发生时间、波及到人员、申诉根据与理由等进行充足、实事求是论述。事实根据不充足、仅凭主观臆断申诉将不予受理。申诉汇报须有申诉参赛选手、领队签名。
3．赛项裁判组收到申诉汇报后，应根据申诉事由进行审查，6小时内书面告知申诉方，告知申诉处理成果。如受理申诉，要告知申诉方举行听证会时间和地点；如不受理申诉，要阐明理由。
4．申诉人不得无端拒不接受处理成果，不容许采用过激行为刁难、袭击工作人员，否则视为放弃申诉。申诉人不满意赛项裁判组处理成果，可向大赛仲裁工作组提出复议申请。
（二）、仲裁
1．赛项设仲裁工作组，负责受理大赛中出现申诉复议并进行仲裁，以保证竞赛顺利进行和竞赛成果公平、公正。
2．仲裁工作组裁决为最终裁决，参赛队不得因对仲裁处理意见不服而停止比赛或滋事，否则按弃权处理。
十一、备注
本规则解释权归机器人项目专家组。

附件1
机器人与场边电脑通信协议
一、合用范围
合用于机器人与上位机之间互相通讯。
二、物理接口
通讯方式：串行RS232
传播速率： 9600
字符格式：1个起始位、8位数据位、1位停止位、无校验。
三、帧
3.1帧构造
帧构造如图所示，每帧内容波及：地址1BYTE，功能号1BYTE，数据nBYTE，校验2BYTE，通讯帧以HEX码传送，有效数据范围为00H~FFH。
地址
功能码
数据数量
数据1
…
数据n
CRC高
CRC低
3.2 地址（ADDR）
参赛队机器人代号，范围为1-200可设。
3.3 功能号
有关命令代码。
3.4 数据数量
数据单元长度。
3.5 数据
根据不一样命令，详细数据。
3.6 校验
采用CRC校验
四、命令解释
4.1 下发抓取工件命令帧格式
字段值
字段阐明
XXH
机器人地址
03
功能码 03
04H
数据长度
XX
工件编号
XX
工件编号
XX
工件编号
XX
工件编号
CRC
CRC高字节
CRC低字节
注：1、每一台机器人指定4个工件。
2、工件编号是从01H-1EH中任意一种。
例如：发送：01 03 04 02 03 1D 1E 82 D3
回应：01 A3 04 02 03 1D 1E 9A 73
发送：02 03 04 0A 0B 13 14 B6 16
回应：02 A3 04 0A 0B 13 14 AE B6
机器人应答帧格式：

字段值
字段阐明
XXH
机器人地址
A3
功能码 A3
04H
数据长度
XX
工件编号
XX
工件编号
XX
工件编号
XX
工件编号
CRC
CRC高字节
CRC低字节
4.2 下发装配台安装任务
字段值
字段阐明
XXH
机器人地址
04
功能码 04
04H
数据长度
XX
装配台1颜色
XX
装配台2颜色
XX
装配台3颜色
XX
装配台4颜色
CRC
CRC高字节
CRC低字节
机器人应答帧格式：
字段值
字段阐明
XX
机器人地址
A4
功能码 A4
04H
数据长度
XX
装配台1颜色
XX
装配台2颜色
XX
装配台3颜色
XX
装配台4颜色
CRC
CRC高字节
CRC低字节
注：1、装配任务向每个参赛队2台机器人同步下发。机器人自己协调装配次序。
2、红色用AAH体现，蓝色用55H体现。
例如：发送：01 04 04 55 55 AA AA 04 87
回应：01 A4 04 55 55 AA AA 1C 27
发送：02 04 04 55 55 AA AA 37 87
回应：02 A4 04 55 55 AA AA 2F 27
4.3 下发启动命令
字段值
字段阐明
XX
机器人地址
05
功能码 05
02H
数据长度
XXH
命令高位
XXL
命令低位
CRC
CRC高字节
CRC低字节
机器人应答帧格式：
字段值
字段阐明
XX
机器人地址
A5
功能码 A5
02H
数据长度
XXH
命令高位
XXL
命令低位
CRC
CRC高字节
CRC低字节
注：1、启动：命令高位与低位均为00H。
例：发送：01 05 02 00 00 B8 CC
回应：01 A5 02 00 00 9A CC
4.4 机器人实时位置信息上传（机器人积极发送）
字段值
字段阐明
XX
上位机地址
06
功能码 06
02H
数据长度
XX
1#数据（机器人地址）
XX
2#数据
CRC
CRC高字节
CRC低字节
注：1、地址为上位机地址：0F0H。
2、1#数据：发送信息机器人地址
2#数据：地图上关键点编号。4个关键点位置代号01、02、03、04。
上位机应答帧格式：
字段值
字段阐明
XX
地址（机器人地址）
A6
功能码 A6
01H
数据长度
XX
2#数据
CRC
CRC高字节
CRC低字节
注：应答数据为机器人上传2#数据。
例如：发送：F0 06 02 01 0A 44 CA
回应：01 A6 01 0A 60 6C
4.5 机器人抓取工件后，工件信息上传（机器人积极发送）
字段值
字段阐明
XX
上位机地址
07
功能码 07
06H
数据长度
XX
1#数据（机器人地址）
XX
2#数据
XX
3#数据
XX
4#数据
XX
5#数据
XX
6#数据
CRC
CRC高字节
CRC低字节
注：1、地址为上位机地址：0F0H。
2、1#数据：发送信息机器人地址
2#数据：货架上存储位置编号，A1-A6、B1-B6、C1-C6、D1-D6、E1-E6
3#数据：抓取工件编号
4#数据：从RFID中读取工件名称信息。
5#数据：从RFID中读取工件重量信息。
6#数据：从RFID中读取工件基本尺寸信息。
3、机器人每次从货架上取出1个工件，就实时上传信息。
上位机应答帧格式：
字段值
字段阐明
XX
地址（机器人地址）
A7
功能码 A7
05H
数据长度
XX
2#数据
XX
3#数据
XX
4#数据
XX
5#数据
XX
6#数据
CRC
CRC高字节
CRC低字节
注：应答数据为机器人上传2#-6#数据。
例如：发送：F0 07 06 01 A1 01 0A 96 50 C9 04
回应：01 A7 05 A1 01 0A 96 50 A4 E3
4.6 机器人装配台安放工件位置信息上传（机器人积极发送）
字段值
字段阐明
XX
上位机地址
08
功能码 08
03H
数据长度
XX
1#数据（机器人地址）
XX
2#数据
XX
3#数据
CRC
CRC高字节
CRC低字节
注：1、地址为上位机地址：0F0H。
2、1#数据：发送信息机器人地址
2#数据：装配台编号，A1-D2H。（共有A1、A2、B1、B2、C1、C2、D1、D2共8个位置）
3#数据：工件编号，01-1EH。
3、机器人每次将一种工件在装配台上安放完毕，就实时上传信息。
上位机应答帧格式：
字段值
字段阐明
XX
地址（机器人地址）
A8
功能码 A8
02H
数据长度
XX
2#数据
XX
3#数据
CRC
CRC高字节
CRC低字节
注：应答数据为机器人上传2#-3#数据。
例如：发送：F0 08 03 01 A1 01 1C FE
回应：01 A8 02 A1 01 20 30
4.7交通灯控制器向机器人下发红绿灯命令
字段值
字段阐明
XX
机器人地址
09
功能码 09
02H
数据长度
XXH
命令高位
XXL
命令低位
CRC
CRC高字节
CRC低字节
机器人应答帧格式：
字段值
字段阐明
XX
机器人地址
A9
功能码 A9
02H
数据长度
XXH
命令高位
XXL
命令低位
CRC
CRC高字节
CRC低字节
注：命令高位：0AH，命令低位：01-03H，分别代表第1-第3组绿灯亮。
例如：发送：01 09 02 0A 01 7C FC
回应：01 A9 02 0A 01 5E FC