摘要：文章根据FRC比赛规则，有针对性地对参赛机器人的机械结构、程序控制以及电气部分进行设计、选型，以实现比赛用机器人相关功能。
关键词：FRC比赛;机械结构;原理
FRC比赛是由一项美国FIRST主办、面向全球中学生的工业级机器人竞赛，是全球最具影响力的青少年机器人赛事之一。根据比赛要求，参赛团队需对参赛机器人进行设计、研发、组装及调试，其中机械结构设计要求机器人结构稳固，能稳定行走运动，无振动摇摆，机械臂夹持稳定，工作效率高;程序设计要求编程命令简单，程序运行稳定，遥控装置通信畅通;机器人的电气部分按照比赛规定使用合适的零部件。
一、机械结构设计
在结构设计上，要使机械臂夹取物品，将物品搬运到一定高度的平台上，并使机械臂保证夹持稳定不掉落，抬升装置保持稳定运行。按照以上要求，设计了以下两种方案。其中方案一采用二连杆结构进行抬升。鉴于提升需要较大的杆力臂，所以动力采用功率较大的CIM行走驱动电机，两杆之间用皮带和同步轮进行链接。但是实践发现该结构存在铝型材质地太软、机械臂易断裂、皮带易被拉伸形变、抬升力量太小以及不便维护等缺点。方案二采用叉车式抬升装置，根据蜗轮蜗杆传动原理，利用钢丝牵引整体框架上下移动。该方案利用电机带动钢丝，力量足够大，速度快。另外，钢丝结实不易发生变形和断裂，也便于更换，并且在蜗轮蜗杆中不易发生位置偏移，是理想的升降结构。
在方案二中，机械臂前段夹紧装置采用气动结构，依靠气压驱动夹持住箱子，使其在行进或升降过程中不会滑落，且夹取和释放的速度快，性能稳定，结构简单，便于维修[1]。
另外，底盘是机器人的重要组成部分，承担着机身负重和机器行走的功能，确保机器人稳定运行，无振动或晃动。在底盘的选型过程中，分别使用了钢材和铝材两种材质进行实验。其中钢材底盘重心低，惯性大，机器人行走稳定，但行进速度慢，灵活性差，会在一定程度上降低机器人工作的效率;铝材制作的底盘重量相对减轻了许多，对运行的稳定性影响不大，提高了机器人的灵活度。
二、机器人程序设计与功能实现
为了实现机器人程序设计的功能，需进行编程。在Eclipse平台中引入FRC的环境变量后，利用C++程序语言进行编译，以控制机器人的动作，实现基本的跑动、转向和抬升功能，并完成机械臂的抬起放下、夹紧松开等动作。在自动阶段，机器人在程序控制下将夹持物品放在平台上，直行、转弯等动作则通过主控板调配电机转动圈数来完成。为了防止机械臂抬升时超出行程范围，还要进行相关程序设计。即一旦机械臂抬升达到极限，就会触动微动开关，程序收到微动开关的反馈信号后会使抬升机械臂的电机立即停止转动。机械臂抬升动作完成后，程序会控制气动推杆和电机松开夹紧装置，释放箱子。机械臂的夹紧依靠气压驱动，当储气瓶的储存气压下降到80psi时，按程序设定打开电磁阀进行充气，当储气瓶气压达到120psi时则停止充气，以保证安全。
三、机器人电气部分选型
按照比赛规定，使用额定电压12V，容量17 Ah～18.2Ah，长约18cm、宽约8cm、高约17cm的电池。另外，电调、配电板的选用也必须依照比赛相关规定。底盘上安装4个CIM 电机，用来驱动机器人行走，另外安装一台CIM 电机驱动机械臂抬升。CIM电机规格为输入电压12V，转速530rpm，输出功率337W。在机器人机械臂上，驱动收放箱子的是2个VEX-BAG 电机，电机规格为输入电压12V，转速130rpm，功率149W。搭配行星减速箱，通过链条传动以达到减慢速度、增加力量的效果。同时安装电机于夹子后方，让夹子重心靠后，防止抬升后力臂过大导致机器人倾倒[2]。
四、结语
对机械结构进行设计与程序優化后，机器人运行稳定，能够迅速准确地完成遥探指令，顺利完成行走、夹持、抬升、搬运功能，出色地完成了比赛任务。
参考文献
[1]李少远，王景成.智能控制[M].北京：机械工业出版社，2005.
[2]杨可桢.机械设计基础[M].北京：高等教育出版社，2006.