第五届上海市大学生工程训练综合能力竞赛命题_工程训练综合能力竞赛

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第五届上海市大学生工程训练综合能力竞赛命题

1.竞赛主题

本届竞赛主题为“自动辨识无碳小车竞赛”。

要求经过一定的前期准备后，在比赛现场完成一台符合本命题要求的可运行的机械装置，并进行现场竞争性运行考核。每个参赛作品需要提交相关的设计、工艺、成本分析和工程管理4个文件。

2.竞赛命题

本届竞赛命题为“以重力势能驱动的具有自动辨识并实现方向控制的自行小车”。

设计一种小车，小车为三轮结构，驱动行走的能量是根据能量转换原理，由给定重力势能转换而得到的，转向的能量由电池通过电机驱动控制，但只能提供方向轮的转向动力，不能提供前进动力。该给定重力势能由竞赛时统一使用质量为1Kg的标准砝码（￠50×65 mm，碳钢制作）来获得，要求砝码的可下降高度为400±2mm。标准砝码始终由小车承载，不允许从小车上掉落，如图1所示为小车示意图。小车在起始点开始运行时砝码的高度必须是400±2mm。/ 9

图1 无碳小车示意图

要求小车在行走过程中完成前行动作所需的能量只能是给定重力势能转换而得，不可以使用任何其他来源的能量。

本次竞赛分为常规赛和挑战赛，常规赛只能使用除智能芯片以外的由分立元器件（含集成电路）组成的电路，挑战赛只能使用带单片机的电路。

比赛所用电能来自规定的电池：型号：14500，磷酸铁锂电池数量2节，电压3.2V/节，容量1200mAh，光电检测装置不限，自行解决。

要求小车具有转向控制机构，且转向控制由自识别控制系统完成，采用光电装置自动识别线条或障碍物（材料：雪弗板，颜色：白色），并控制微型电机改变方向，以适应不同材质的赛道，其中“S”型壁障赛道常规赛采用放有不等间距障碍物的赛道（材质：亚光复合地板，颜色：浅色），轨迹识别螺线赛道常规赛采用没有障碍物的螺旋黑色线条赛道（材质： 0.3mm厚亚光地贴，颜色：白色）和挑战赛采用放有不等间距障碍物及黑色边界线的赛道（材质：亚光复合地板，颜色：浅色）。所有黑色线条均为宽20mm的黑色5S桌面定位胶带，所有出发线均为宽20mm的白色5S桌面定位胶带。

具体设计、材料选用及加工制作均由参赛学生自主完成。/ 9

3.竞赛安排

每个参赛队由3名在校本科大学生和2名指导教师（1名兼领队）组成，每个参赛队只能参加一个项目的市级竞赛。

3.1 本校制作

参赛队按本竞赛命题的要求，在各自所在的学校内，自主设计，独立制作出一台参赛小车。

3.2 集中参赛

1)携带在本校制作完成的小车作品参赛。

2)报到时提交参赛作品的结构设计方案、工程管理方案、加工工艺方案及成本分析方案共4个文件（分别提交纸质版文件一式2份、电子版文件1份），文件按本竞赛秘书处发布的统一格式编写。4.方案文件要求

所有文件不得标识学校或参赛队及队员信息，否则将扣除方案设计成绩。

1）结构设计方案文件

完整性要求：小车装配图1幅、要求标注所有小车零件（A3纸1页）；

装配爆炸图1幅（所用三维软件自行选用，A3纸1页）； 传动机构展开图1幅（A3纸1页）； 转向控制电路图1幅（A4纸1页）设计说明书1-2页（A4）。

正确性要求：传动原理与机构设计计算正确，选材和工艺合理。创新性要求：有独立见解及创新点。/ 9

规范性要求：图纸表达完整，标注规范；文字描述准确、清晰。2）工艺设计方案文件

按照单件小批量的生产纲领，自选作品小车上一个较复杂的零件，完成并提交工艺设计方案报告（A4，2－3页）。要求采用统一的方案文件格式（网上下载）。

3）成本分析方案文件

分别按照单件小批量生产纲领对作品小车产品做成本分析。内容应包含材料成本、加工制造成本两方面（A4，2－3页）。要求采用统一的方案文件格式（网上下载）。

4）工程管理方案文件

按照单件小批量对作品小车产品做生产工程管理方案设计（A4，2－3页）。要求目标明确，文件完整，计划合理，表达清楚。采用统一的方案文件格式（网上下载）。

5.竞赛项目

经现场抽签产生障碍物数量、坡度角度大小、障碍物间距等参数。5.1 主控电路焊接，小车拆装及机电联调

该竞赛环节为完成主控电路板焊接和参赛小车拆装及机电联调，是实现机电一体的竞赛环节。

1）主控电路焊接

三个项目的参赛队对本队的参赛小车的主控电路板现场焊接（可以不含传感器、电机/舵机等所涉及到的相应驱动电路、贴片类的单片机主芯片等比赛现场不要求焊接）。所用主控电路板和分立元器件、焊接、检测等工具和耗材均4 / 9

自带，现场提供信号发生器、电源和操作工作台。对违反规定的行为按减分法处理。

本项竞赛内容应在规定时间内完成，不能逾时。2）小车拆装

参赛队对本队参赛小车上的所有零件（拆到零件，没有拆到零件的酌情扣分）进行拆卸和装配（不含现场焊接的主控电路板安装）。所需拆装工具、刀具和量具自带，现场将提供钳工台，现场不提供车、铣、钻孔等常规加工作业。对违反规定的行为按减分法处理。3)机电调试

现场进行主控电路板等安装，进行小车的机电联调，现场将提供信号发生器和电源。小车联调出现现场焊接的主控电路板不能使用，必须使用原主控电路板的，扣除主控电路焊接成绩，并只能获得安装后实际小车行走成绩的80%。

本项竞赛内容只能在规定时间内完成，不能逾时。5.2轨迹识别螺线赛道常规赛

竞赛小车在前行时能够自动检测赛道轨迹--螺线前行（如图2所示），以小车前行的有效距离来评定成绩。

参加轨迹识别赛道竞赛的参赛队用未拆装小车和拆装后小车，加载由竞赛组委会统一提供的标准砝码，在指定的赛道（阿基米德螺旋线和500~1000mm的中段直线）上进行比赛。小车出发位置指定，小车须沿着指定的黑色线条前行，连续运行直至小车停止或小车偏离黑色线条（黑色线条不在两后轮之间）比赛终止。所有螺线包络在最大直径为1500mm，由大5 / 9

逐渐缩小，最小直径为200mm，螺距最小为130mm。每队小车各运行2次，取2次成绩中的最好成绩，如果小车跑完全程，砝码剩余高度计入成绩。

图2 无碳小车在重力势能作用旋线赛道自动行走示意图

5.3“S”型壁障赛道常规赛

竞赛小车在前行时能够自动绕过赛道上设置的障碍物（如图3所示）。障碍物为长450mm、高150mm、厚度10mm的长方体板，以赛道中线两侧不等距离随机摆放。以小车前行的距离来评定成绩，撞倒障碍物或碰赛道边界挡板均结束本次比赛。

参加“S”型赛道竞赛的参赛队用在现场调整装配后的小车，加载由竞赛6 / 9

组委会统一提供的标准砝码，在指定的赛道（材料：复合地板）上进行比赛。赛道宽度为1000mm，高度为150mm，长度为15000~25000mm，障碍物间距在500-1300mm范围内随机摆放，赛道有20mm黑色中线。小车（含车身）出发位置必须和第一个障碍物在同一侧，但不得超过出发线和赛道边界挡板（高150mm）。连续运行直至小车停止或小车任意部位撞倒障碍物或碰赛道边界挡板比赛结束。每队小车运行2次，取2次成绩中的最好成绩，如果小车跑完全程，砝码剩余高度计入成绩。

图3 无碳小车在重力势能作用下自动识别障碍物绕行示意图

小车有效的绕障方法为：小车从赛道一侧越过一个障碍时，不能碰撞障碍物，如碰撞障碍物不被撞倒或不推出障碍物定位区域（10mm区域）则继续运行为有效；连续运行直至小车撞倒障碍物或小车停止或小车任意部位撞到赛道边界挡板比赛结束。小车有效的运行距离为：停止时小车最远端与出发线之间的垂直距离。

5.4多边形赛道识别与避障综合挑战赛

本项竞赛为采用单片机控制的赛道有一定上坡和下坡、轨迹识别与障碍物避障的综合挑战赛。竞赛小车以重力势能驱动前行，具有带MCU设别赛道及方向控制电路功能。多边形赛道宽度为1000mm，转弯角度不小于100度（如图4所示），外边长3000mm，障碍物之间的间距在600-1200mm7 / 9

范围内随机摆放。小车在前行时能够自动设别赛道，自动控制壁障和转向。赛道有黑线边线。在小车前行的赛道上有长500mm、高150mm、厚度10mm的长方体板的障碍物，小车成功避障继续前行。连续运行直至小车停止或小车任意部位撞倒障碍物或进入赛道边界线比赛结束。小车出发位置自定，但不得超过出发端线和赛道黑色边界线。在赛道上设置上坡（坡度5±0.5度、水平距离250mm）和下坡（坡度远小于1度，下坡水平距离1500mm-2000mm为最小水平距离）。每队小车运行2次，取2次成绩中的最好成绩。以小车前行的爬坡和下坡，以及避障数量综合评定成绩。

6.奖项设置

常规赛螺旋赛道组和“S”型赛道组，以及挑战赛各设一、二、三等奖，一等奖30%，二等奖30%，其余为三等奖，奖项数量由竞赛评审委员会根据参赛队实际数量确定。/ 9

图4 多边形赛道场地

上海市大学生工程训练综合能力竞赛秘书处

（上海应用技术学院代盖章）

2015年11月30日/ 9