“GZ-2018084電子產(chǎn)品設(shè)計及制作”賽項賽卷8

2018年全國職業(yè)院校技能大賽高職組GZ-2018084電子產(chǎn)品設(shè)計及制作”賽項賽卷八題目：水果采摘機(jī)器人控制器設(shè)計及制作1競賽任務(wù)按賽題要求，利用所發(fā)的技術(shù)資料、元器件及器材完成水果采摘機(jī)器人控制器的設(shè)計和裝調(diào)任務(wù)，進(jìn)行CorteX-M3系列STM32F103ZET6(LQFP144)處理器或STC單片機(jī)IAP15W4K61S4(LQFP64S)的軟件設(shè)計，完成該控制器的設(shè)計及制作。根據(jù)本賽題及所給光盤中的技術(shù)資料分析水果采摘機(jī)器人控制器的工作原理和功能要求；根據(jù)賽題所給的機(jī)器人控制器原理圖和印刷線路板約束條件，利用AltiumDesigner軟件繪制印刷線路板圖；完成賽項所提供印刷線路板的焊接任務(wù)；利用賽項提供的機(jī)器人控制器機(jī)箱及套件完成結(jié)構(gòu)設(shè)計和整機(jī)安裝，包括開關(guān)、電源、電路板、插座的安裝及機(jī)箱內(nèi)走線的規(guī)劃；完成機(jī)器人控制器的功能調(diào)試，使其達(dá)到規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)，實現(xiàn)水果采摘機(jī)器人的正常工作；完成STM32F103或IAP15W4K61S4處理器軟件的編寫，使水果采摘機(jī)器人達(dá)到規(guī)定的功能要求。競賽時間競賽時間為8小時(9:00-17:00)。功能要求與技術(shù)指標(biāo)原理說明水果采摘機(jī)器人為三自由度機(jī)器人，可以對攝像頭的圖像識別，實現(xiàn)對成熟水果的自動采摘，其機(jī)構(gòu)如圖1所示。圖1水果采摘機(jī)器人水果采摘機(jī)器人由三個直線導(dǎo)軌分別控制采摘機(jī)械手的左右、上下和前后運動，實現(xiàn)對模擬果樹上成熟水果的自動采摘。左右運動導(dǎo)軌的驅(qū)動為帶編碼器的直流減速電機(jī)，并安裝電容式位移傳感器，在導(dǎo)軌的兩端安裝防撞的行程開關(guān);上下運動導(dǎo)軌的驅(qū)動為帶編碼器的直流減速電機(jī)，在導(dǎo)軌的兩端安裝防撞的行程開關(guān);前后運動導(dǎo)軌的驅(qū)動為直流減速電機(jī)，在導(dǎo)軌的兩端安裝防撞的行程開關(guān);采摘機(jī)械手的驅(qū)動為舵機(jī)；在機(jī)械手夾持板的一邊內(nèi)側(cè)安裝力傳感器，可以檢測夾持水果的力度，在機(jī)械手的下方安裝攝像頭，用于識別成熟紅色水果，實現(xiàn)自動采摘。水果采摘機(jī)器人還配有搖桿電位器控制板，與控制器有線連接，可手動控制采摘機(jī)器人的工作。功能實現(xiàn)水果采摘機(jī)器人要求能實現(xiàn)對模擬果樹上成熟水果的手動控制采摘或自動控制采摘。水果采摘機(jī)器人控制器由微處理器（STM32或51）電路，顯示與鍵盤電路，傳感器測量電路，A/D轉(zhuǎn)換電路，電機(jī)驅(qū)動電路和電源電路等部分組成。參賽隊需完成水果采摘機(jī)器人控制器的印刷線路板繪制，線路板的焊接與調(diào)試，控制器的安裝與調(diào)試，控制器指定功能的軟件編程與調(diào)試等多項競賽任務(wù)。3.2.1印刷線路板的繪制根據(jù)賽題所指定的水果采摘機(jī)器人控制器原理圖和印刷線路板約束條件，利用AItiUmDesigner軟件繪制該控制器的印刷線路板圖?？刂破髟韴D由CPU電路單元、人機(jī)接口電路單元、傳感器測量電路單元、A/D電路單元、功率輸出電路單元、電源電路單元等幾部分組成，每一單元電路都有若干種選擇，印刷線路板的外形結(jié)構(gòu)也有若干種選擇。根據(jù)不同的組合組成8號賽卷的線路板繪制抽取方案，由裁判長指定相關(guān)人員在比賽前三天內(nèi)按該方案隨機(jī)抽取各單元電路和外形結(jié)構(gòu)，組成完整的控制器原理圖和外形結(jié)構(gòu)。線路板約束規(guī)則要求：雙層印刷線路板，最小間距10mil（集成電路引腳間距不受此約束），最小線寬10mil，過孔最小孔徑15mil，過孔最小直徑30mil，敷銅最小間距10mil。參賽隊所繪制的水果采摘機(jī)器人控制器原理圖和印刷線路板圖電子稿采用光盤刻錄的形式上交。印刷線路板焊接與調(diào)試微處理器核心板（DCP-401或DCP-301），ADS1118串行A/D轉(zhuǎn)換電路板（DCP-208）和多功能萬用板（DCP-226）為散件，需參賽隊自己焊接和調(diào)試。水果采摘機(jī)器人控制器的安裝與調(diào)試水果采摘機(jī)器人控制器的裝調(diào)工作要求在如圖2所示的機(jī)箱中完成。安裝套件包括機(jī)箱、開關(guān)電源、前面板、后面板、安裝底板、微處理器核心板（STM32或51單片機(jī)）、人機(jī)接口電路板、傳感器測量電路板、A/D轉(zhuǎn)換電路板、功率輸出電路板以及必要的電氣附件。其中左右運動導(dǎo)軌的位置測量采用直流減速電機(jī)上的編碼器測量，不采用電容式位移傳感器測量。**覃重料事人k*?iiSi:i?π!ii?H∏∏YSHSH圖2水果采摘機(jī)器人控制器機(jī)箱圖水果采摘機(jī)器人控制器的具體線路板構(gòu)成如下：1)DCP-401或DCP301微處理器核心板；DCP-202數(shù)碼管顯示和鍵盤電路板；DCP-208ADS1118串行A/D轉(zhuǎn)換電路板;DCP-216功率運放輸出電路板；DCP-218功率H橋PWM輸出電路板；DCP-226多功能萬用板。參賽隊需自行完成水果采摘機(jī)器人控制器機(jī)箱內(nèi)的結(jié)構(gòu)設(shè)計和裝調(diào)工作。以上線路板的原理圖、印刷線路板元件布置圖、元件清單均在電子文件“水果采摘機(jī)器人控制器裝調(diào)”文件夾中。水果采摘機(jī)器人控制器的前面板安裝微處理器核心板DCP-202數(shù)碼管顯示和鍵盤電路板、搖桿電位器接口和電源開關(guān)。前面板的布置如圖3所示：S-S-S-S-押畀■檢，便日圖3水果采摘機(jī)器人控制器前面板圖水果采摘機(jī)器人控制器的后面板的布置如圖4所示，安裝有三個接線插座和0水果采摘機(jī)第人控制重B均科管導(dǎo)SS.3示］B.帶保險絲的電源插座。其中端口1連接左右運動導(dǎo)軌電機(jī)及編碼器、電容式位圖4水果采摘機(jī)器人控制器后面板圖移傳感器的信號，端口2連接上下運動導(dǎo)軌電機(jī)及編碼器、前后運動導(dǎo)軌電機(jī)的信號，端口3連接機(jī)械手舵機(jī)、攝像頭和力傳感器的信號?？刂破髡麢C(jī)的安裝工藝評分和印刷線路板的焊接工藝評分將在比賽結(jié)束、整機(jī)功能測試后集中進(jìn)行，比賽過程中不對印刷線路板的焊接工藝單獨評分。水果采摘機(jī)器人的功能要求水果采摘機(jī)器人控制器前面板的按鍵功能定義如圖5所示:QQQQ

QQQ(Z)ΞOCBBQQQB圖5控制器按鍵定義圖通過控制器前面板的數(shù)碼管顯示和按鍵，可以實現(xiàn)水果采摘機(jī)器人的參數(shù)設(shè)定、手動模式采摘和自動模式采摘。要求系統(tǒng)通電后核心板上蜂鳴器鳴叫1秒，數(shù)碼管顯示“11111111”八個相同的數(shù)字，并以1秒的速率每位數(shù)字同步增1，至9后回0。圓形區(qū)域設(shè)定：按鍵設(shè)定采摘時采摘機(jī)械手查詢和采摘的區(qū)域。區(qū)域設(shè)定為圓形，圓心坐標(biāo)和查詢圓半徑可通過按鍵設(shè)定，在模擬果樹的平面上繪有坐標(biāo)刻度，坐標(biāo)值的單位為mm。自動采摘時只采摘區(qū)域內(nèi)的成熟水果。設(shè)定過程如下：S01J□□□□x□□□□JS02J□□□□;S01為圓心坐標(biāo)，按E鍵確定。；輸入圓心坐標(biāo)值，按E鍵或S02確定。；S02為圓的半徑，按E鍵確定。;輸入圓的半徑值，按E鍵確定。手動水果定位功能：由搖桿電位器控制板控制，兩個電位器控制機(jī)械手的左右運動和上下運動，當(dāng)機(jī)械手對準(zhǔn)成熟的水果時，按下控制板上的按鍵，該水果位置在數(shù)碼管上以□□□□x□□□□的形式顯示，并存儲到內(nèi)存中，最多可存儲6個水果的位置，在模擬果樹的平面上繪有坐標(biāo)刻度，坐標(biāo)值的單位為mm。自動水果定位功能：用按鍵輸入S03,然后按下D鍵，啟動自動水果定位功能。由安裝在機(jī)械手上的攝像頭對整個模擬果樹進(jìn)行掃描，根據(jù)攝像頭的圖像結(jié)果定位成熟水果的坐標(biāo)值。當(dāng)查詢到水果時，該水果位置在數(shù)碼管上以□□□□x□□□□的形式顯示，并存儲到內(nèi)存中，最多可存儲10個水果的位置。水果位置查詢：針對手動和自動水果定位的結(jié)果，控制器保留最后一組定位的結(jié)果，可以逐個顯示定位到的水果坐標(biāo)。查詢過程如下：F01J□□□□x□□□□JF02J□□□□x□□□□JF03J□□□□x□□□□；F01為第1個水果位置查詢，按E鍵確定。;顯示第1個水果位置，按E鍵或S12確定。;F02為第2個水果位置查詢，按E鍵確定。;顯示第2個水果位置，按E鍵或S13確定;F03為第3個水果位置查詢，按E鍵確定。;顯示第2個水果位置，按E鍵或S13確定J自動采摘模式：按下D鍵后開始自動采摘，采摘區(qū)域為參數(shù)設(shè)定所界定的區(qū)域內(nèi)?？刂破鞲鶕?jù)水果位置查詢所得到的水果位置坐標(biāo)值，以最短的路徑采摘完圓形區(qū)域內(nèi)的水果。要求在采摘過程中前4個數(shù)碼管動態(tài)顯示采摘時間，完成后顯示總用時時間；在后4個數(shù)碼管顯示力傳感器的輸出電壓，完成后顯示總采摘水果個數(shù)。在手動和自動采摘時，若機(jī)械手的夾持力過大，會觸發(fā)機(jī)械手下方線路板上蜂鳴器，提示采摘水果破損，判定為采摘失敗。3.3功能的分步實現(xiàn)本賽題包含印刷線路板設(shè)計、印刷線路板焊接和調(diào)試、水果采摘機(jī)器人控制器的裝調(diào)、控制器軟件的編寫幾方面內(nèi)容，參賽隊在設(shè)計及制作時可分步完成以上各項內(nèi)容。在參賽隊自己焊接的微處理器核心板DCP-401或DCP301不能正常工作時，可以采用訓(xùn)練板DCP-401或DCP-301代替，DCP-208ADS1118串行A/D轉(zhuǎn)換電路板不能正常工作時可以采用訓(xùn)練板DCP-208電路板代替，但會影響參賽隊的得分。技術(shù)文件要求各隊完成的全部文件存放在“2018QG××”（×義為2位數(shù)字，即競賽隊工位號）文件夾中，提交的電子文件采用統(tǒng)一命名規(guī)則（類型名＋工位號），不得以其它名稱命名電子文件。因保密要求，在電路原理圖和線路板圖文件中不得出現(xiàn)學(xué)校名稱、參賽選手姓名、工位號等信息；電子文件名稱如不符合命名規(guī)則，體現(xiàn)參賽隊信息的，該隊該項競賽成績將被取消。提交的技術(shù)文件參賽隊提交的電子文件均采用光盤刻錄后提交，技術(shù)文件包括：1、電子設(shè)計工藝所繪制的印刷線路板原理圖和線路板圖；2、水果采摘機(jī)器人任務(wù)與功能驗證所編寫的源程序；文件命名要求電子文件列表如下：2018QGXX————電路原理圖××.SchDoc——線路板圖XX.PcbDoc——源程序X×(文件夾)技術(shù)文件上交方式原理圖、線路板圖及源程序均需提交電子文檔，采用光盤刻錄，一式貳份上交，上交時間為比賽結(jié)束時(17:00)。評分標(biāo)準(zhǔn)