2022年河北省高等職業(yè)院校技能大賽“電子產(chǎn)品設(shè)計及制作”賽項(xiàng)樣題

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）處理的軟件設(shè)計，完成該控制器的設(shè)計及制作。1.1根據(jù)本賽題及所給U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；1.2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；1.3完成賽項(xiàng)所提供印刷線路板的焊接任務(wù)；1.4利用賽項(xiàng)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；1.5完成某一成品線路板的故障排除任務(wù)；1.6完成STM32F103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。2競賽時間競賽時間為6小時（9:00-15:00）。3功能要求與技術(shù)指標(biāo)3.1原理說明水果采摘機(jī)器人為三自由度機(jī)器人，在Z軸安裝有攝像頭和機(jī)械手，可以對攝像頭的圖像識別，實(shí)現(xiàn)對成熟水果的自動采摘。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(yùn)動，實(shí)現(xiàn)對模擬果樹上成熟水果的自動采摘。X軸左右運(yùn)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)；Y軸上下運(yùn)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)；Z軸前后運(yùn)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)；安裝在Z軸上采摘機(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(shí)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。3.2功能實(shí)現(xiàn)水果采摘機(jī)器人要求能實(shí)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)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。3.2.1印刷線路板的繪制根據(jù)賽題所指定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。原理圖由多個部分組成，印刷線路板的外形結(jié)構(gòu)有若干種選擇。比賽時由裁判長下發(fā)具體方案。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(duì)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(diào)試現(xiàn)場發(fā)放功能電路板焊接套件（含PCB板與元器件）和技術(shù)資料（電路原理圖、物料清單），參賽選手對所發(fā)套件進(jìn)行檢查，有缺漏或壞器件，開賽后30分鐘內(nèi)提出，未在規(guī)定時間內(nèi)提出視為齊全，超過規(guī)定時間提出申請補(bǔ)領(lǐng)，根據(jù)競賽規(guī)定扣分。參賽隊(duì)員利用自帶或賽場提供的工具、儀器，按照電路原理圖完成功能電路板裝配及調(diào)試。現(xiàn)場下發(fā)給各參賽隊(duì)電路板焊接套件、電路原理圖，選手排除已設(shè)置故障，填寫故障排除記錄表供裁判評判。3.2.3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1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。圖1水果采摘機(jī)器人控制器機(jī)箱圖參賽隊(duì)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?？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(dú)評分。3.2.4水果采摘機(jī)器人的功能要求（1）水果采摘機(jī)器人控制器前面板的按鍵功能定義此處考察選手現(xiàn)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，按下面板上的X鍵，進(jìn)入主界面。進(jìn)入主界面后通過前面板的按鍵進(jìn)入對應(yīng)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(shù)字，具體數(shù)字在比賽時下發(fā)。（3）手動控制要求進(jìn)入手動控制界面后，手動操作搖桿將指定的水果放到指定位置，同時液晶屏顯示相關(guān)信息，具體要求比賽時下發(fā)。（4）自動控制要求進(jìn)入自動控制界面后，將指定的水果自動放到賽題要求的指定位置，同時液晶屏顯示相關(guān)信息，具體要求比賽時下發(fā)。3.3功能的分步實(shí)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、水果采摘系統(tǒng)控制器的裝調(diào)、控制器軟件的編寫幾方面內(nèi)容，參賽隊(duì)在設(shè)計及制作時可分步完成以上各項(xiàng)內(nèi)容。參賽隊(duì)必須用自己焊接的線路板構(gòu)建機(jī)器人控制系統(tǒng)，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(yīng)的分?jǐn)?shù)。4技術(shù)文件要求各隊(duì)完成的全部文件存放在“2022SX××”（××為2位數(shù)字，即競賽隊(duì)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、參賽選手姓名等信息；電子文件名稱如不符合命名規(guī)則，體現(xiàn)參賽隊(duì)信息的，該隊(duì)該項(xiàng)競賽成績將被取消。4.1提交的技術(shù)文件參賽隊(duì)提交的電子文件均采用U盤保存后提交，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(yàn)證所編寫的源程序；4.2文件命名要求電子文件列表如下：2022SX××電路原理圖××.SchDoc線路板圖××.PcbDoc源程序××（文件夾）4.3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