2019年山東省職業(yè)院校技能大賽高職組“電子產品設計及制作”賽項

題目：視覺識別分揀機器人設計及制作1競賽任務按賽題要求，利用所發(fā)的技術資料、元器件及器材完成視覺識別分揀機器人控制器的設計和裝調任務，進行Cortex-M3系列STM32F103ZET6（LQFP144）處理器或STC單片機IAP15W4K61S4（LQFP64S）的軟件設計，完成該控制器的設計及制作。1.1根據本賽題及所給的技術資料分析視覺識別分揀機器人控制器的工作原理和功能要求；1.2根據賽題所給的機器人控制器原理圖和印刷線路板約束條件，利用AltiumDesigner軟件繪制元器件封裝圖及印刷線路板圖；1.3完成賽項所提供印刷線路板的焊接任務；1.4利用賽項提供的機器人控制器機箱及套件完成結構設計和整機安裝，包括開關、電源、電路板、插座的安裝及機箱內走線的規(guī)劃；1.5完成機器人控制器的功能調試，使其達到規(guī)定的技術指標，實現視覺識別分揀機器人的正常工作；1.6完成STM32F103ZET6或IAP15W4K61S4處理器軟件的編寫，使視覺識別分揀機器人達到規(guī)定的功能要求。2競賽時間競賽時間為6小時（8:30-14:30）。3功能要求與技術指標3.1原理說明電容式位移傳感器攝像頭OV7725前后運動直線導軌左右運動直線導軌面板與圖形件上下運動直線導軌機械手視覺識別分揀機器人為三自由度機器人，可以用攝像頭實現對不同顏色形狀的物件進行自動識別分揀，其機構如圖1所示。電容式位移傳感器攝像頭OV7725前后運動直線導軌左右運動直線導軌面板與圖形件上下運動直線導軌機械手圖1視覺識別分揀機器人視覺識別分揀機器人由三個直線導軌分別控制機械手的左右、上下和前后運動，實現對面板上的圖形件進行識別分揀。左右運動導軌的驅動為帶編碼器的直流減速電機，并安裝電容式位移傳感器，在導軌的兩端安裝防撞的行程開關；上下運動導軌的驅動為帶編碼器的直流減速電機，在導軌的兩端安裝防撞的行程開關；前后運動導軌的驅動為直流減速電機，在導軌的兩端安裝防撞的行程開關；機械手的驅動為舵機；在機械手夾持板的一邊內側安裝力傳感器，可以檢測夾持圖形件的力度，在機械手的下方安裝攝像頭，用于識別圖形件的顏色與形狀，實現自動分揀。視覺識別分揀機器人還配有搖桿電位器控制板，與控制器有線連接，可手動控制視覺識別分揀機器人的工作。3.2功能實現視覺識別分揀機器人通過判斷圖形件的顏色與形狀，實現手動分揀或自動分揀。圖形件的形狀為三角形、正方形、圓形。視覺識別分揀機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轉換電路，電機驅動電路和電源電路等部分組成。參賽隊需完成印刷線路板繪制，線路板的焊接與調試，控制器的安裝與調試，控制器指定功能的軟件編程與調試等多項競賽任務。3.2.1印刷線路板的繪制根據賽題所指定的器件原理圖、PDF說明文件和印刷線路板約束條件，利用AltiumDesigner軟件繪制元器件封裝、印刷線路板圖。原理圖由多個部分組成，印刷線路板的外形結構有若干種選擇。比賽時由裁判長下發(fā)具體方案。根據器件PDF說明文件或實物測量的方法進行元器件封裝的繪制。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。參賽隊所繪制的原理圖、元器件封裝和印刷線路板圖的電子稿采用U盤上交。3.2.2印刷線路板焊接與調試微處理器核心板（DCP-401或DCP-301），DCP-204液晶顯示和鍵盤電路板、DCP-218功率H橋PWM輸出電路板、DCP-216功率運放輸出電路板、DCP-206ADS7950串行A/D轉換電路板、DCP-208串行A/D轉換電路板ADS1118、DCP-226多功能萬用板、DCP-28-1信號調理電路板等電路板中其中兩塊為散件，需參賽隊根據比賽時下發(fā)的焊接套件清單、焊接原理圖自己焊接和調試。3.2.3視覺識別分揀機器人控制器的安裝與調試視覺識別分揀機器人控制器的裝調工作要求在如圖2所示的機箱中完成。安裝套件包括機箱、開關電源、前面板、后面板、安裝底板、微處理器核心板（STM32或51單片機）、人機接口電路板、傳感器測量電路板、A/D轉換電路板、功率輸出電路板以及必要的電氣附件。圖2視覺識別分揀機器人控制器機箱圖視覺識別分揀機器人控制器的具體線路板構成如下：1）DCP-401或DCP301微處理器核心板；2）DCP-204液晶顯示和鍵盤電路板；3）DCP-206ADS7950或DCP-208ADS1118串行A/D轉換電路板；4）DCP-216功率運放輸出電路板；5）DCP-218功率H橋PWM輸出電路板；6）DCP-226多功能萬用板或DCP-28-1信號調理電路板。參賽隊需自行完成視覺識別分揀機器人控制器機箱內的結構設計和裝調工作。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“視覺識別分揀機器人控制器裝調”文件夾中。視覺識別分揀機器人控制器的前面板安裝微處理器核心板DCP-401或DCP301、搖桿電位器接口和電源開關。前面板的布置如圖3所示。視覺識別分揀機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帶保險絲的電源插座。其中端口1連接左右運動導軌電機及編碼器、電容式位移傳感器的信號，端口2連接上下運動導軌電機及編碼器、前后運動導軌電機的信號，端口3連接機械手舵機、攝像頭和力傳感器的信號。圖3視覺識別分揀機器人控制器前面板圖圖4視覺識別分揀機器人控制器后面板圖控制器整機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束、整機功能測試后集中進行，比賽過程中不對印刷線路板的焊接工藝單獨評分。3.2.4視覺識別分揀機器人的功能要求1）視覺識別分揀機器人控制器前面板的按鍵定義此處考察選手現場編程能力，具體要求比賽時下發(fā)。2）上電后控制器初始要求系統(tǒng)通電后顯示界面一，包含參賽隊自己的賽位號，核心板上蜂鳴器鳴叫X秒，界面底部“按X進入主界面”每隔X秒閃爍一次，按下面板上的X鍵，進入主界面。進入主界面后通過前面板的按鍵進入對應的子功能界面注1：通電界面、主界面、子功能界面具體要求均在比賽時下發(fā)。注2：“X”代表具體的數字，具體數字在比賽時下發(fā)。3）手動分揀控制要求進入手動分揀界面后，將圖形件（顏色、圖形、位置隨機），從面板上夾取出來，并放入裁判指定的位置，具體要求比賽時下發(fā)。4）自動分揀控制要求進入自動分揀界面后，自動分揀“區(qū)域設定”內的圖形件，把識別的圖形件自動放入籃中，具體要求比賽時下發(fā)。3.3功能的分步實現本賽題包含印刷線路板設計、印刷線路板焊接和調試、視覺識別分揀機器人控制器的裝調、控制器軟件的編寫幾方面內容，參賽隊在設計及制作時可分步完成以上各項內容。參賽隊必須用自己焊接的線路板構建控制器，若自己焊接的線路板不能正常工作，可以申請成品功能板代替，但會扣除相應的分數。4技術文件要求各隊完成的全部文件存放在“2019SD××”（××為2位數字，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學校名稱、參賽選手姓名等信息；電子文件名稱如不符合命名規(guī)則，體現參賽隊信息的，該隊該項競賽成績將被取消。4.1提交的技術文件參賽隊提交的電子文件均采用U盤提交，技術文件包括：1、電子設計工藝所繪制的印刷線路板原理圖、封裝圖和線路板圖；2、視覺識別分揀機器人任務與功能驗證所編寫的源程序；4.2文件命名要求電子文件列表如下：2019SD××電路原理圖××.SchDoc線路板圖××.PcbDoc源程序××（文件夾）元器件封裝.PcbLib4.3技術文件上交方式原理圖、線路板圖、元器件封裝及源程序均需提交電子文檔，采用U盤上交，上交時間為比賽結束時（14:30）。5評分標準序號評分項目知識、技能點分值1安全操作規(guī)范操作規(guī)范、環(huán)境清潔、安全用電團隊合作、符合職業(yè)崗位的要求和企業(yè)生產“5S”原則。102電子設計工藝按賽卷要求完成印刷線路板繪制203電子裝接工藝印刷線路板焊接、機器人控制器安裝布局與接線工藝。304任務與功能驗證根據競賽任務書要求，完成某一特定功能機器人的任