中國工程機器人大賽仿人競速項目

　方案介紹

　賽項簡介：

　由教育部高等學(xué)校創(chuàng)新方法教學(xué)指導(dǎo)委員會主板，每年 11 月份將發(fā)比賽通知，次年 4 月份舉行比賽，具體比賽時間見官方通知。網(wǎng)址：。

　設(shè)計一個小型關(guān)節(jié)機器人，模仿體育運動的田徑比賽項目，在比賽場地內(nèi)完成規(guī)則要求的仿人競速比賽任務(wù)。比賽成績?nèi)�決于機器人行進的速度或跨越的距離，比賽排名由機器人通過的路段長度和走過這一路段所用時間確定。

　方案簡介：

　此方案可以參加人形機器人全能挑戰(zhàn)賽，NOC、中國機器人大賽，中國工程機器人大賽及相關(guān)關(guān)節(jié)類競技項目均可參加；機器人支持?jǐn)U展視覺，語音，光學(xué)，超聲，紅外等傳感器，可以實現(xiàn)更多的智能功能。

　可以實現(xiàn)競步、爬坡、武術(shù)、踢足球、控球、拳擊、越障、巡線、搬運、小跑、原地踏步轉(zhuǎn)彎功能的關(guān)節(jié)類機器人。

　方案技術(shù)參數(shù)：

　硬件部分：

　▲采用DM-PR18S總線舵機；主控為STM32F103；

　▲19 個自由度（可拓展至 24 自由度），增加腿部髖關(guān)節(jié)自由度，優(yōu)化機器人整體運動結(jié)構(gòu)，使機器人行走更加穩(wěn)定、靈活； ▲金屬搭建模塊不少于 30 個；采用噴砂陽極氧化鋁合金機構(gòu)材質(zhì)； ▲無限動作庫，用戶可自行編輯自定義動作組上傳至機器人 SD 卡中配合后期模塊擴展使用； ▲預(yù)留 UART 串口，可兼容主流開源硬件Arduino、Microbit、Raspberry Pi 、Intel、Banana Pi、ROS；

　▲機器人核心主控搭載 BLE4.0 接收模塊，除可使用手柄控制機器人外，任意藍牙設(shè)備配合機器人控制協(xié)議均可實現(xiàn)對機器人的控制（手機 APP 等）； ▲六軸 IMU 實時進行機器人位姿監(jiān)控，極大程度解決機器人走偏、摔倒等位姿控制不準(zhǔn)確的問題 ； 軟件部分: ▲采用 STM32 系列控制板的 DreamMaker 通用圖形化編程軟件平臺 課程部分 滿足新課程標(biāo)準(zhǔn)，國內(nèi)首家將關(guān)節(jié)類機器人和 Arduino 結(jié)合起來的數(shù)字化教學(xué)資源包，包含 30 個課時的電子教案（PPT 課件、作品圖片素材庫）等； ▲可拓展內(nèi)容：Arduino 拓展包模塊、python 拓展包模塊、OpenMV 視覺模塊、Rokid 語音模塊等,可實現(xiàn)語音控制、人機交互、腦電波控制、可穿戴設(shè)備控制；

　 中國工程機器人大賽仿人競速比賽規(guī)則

　比賽目的

　設(shè)計一個小型關(guān)節(jié)機器人，模仿體育運動的田徑比賽項目，在比賽場地內(nèi)完成規(guī)則要求的仿人競速比賽任務(wù)。比賽成績?nèi)�決于機器人行進的速度或跨越的距離，比賽排名由機器人通過的路段長度和走過這一路段所用時間確定。

　比賽項目及任務(wù)

　一、比賽項目

　仿人競速項目

　06

�、� 社會力量組 01 1 ．標(biāo)準(zhǔn)賽 01

　2 ．障礙賽 02

�、� 研究生組 02

　1 ．標(biāo)準(zhǔn)賽 01

　2 ．障礙賽 02

　㈢ 本科生組 03 1 ．標(biāo)準(zhǔn)賽 01

　2 ．障礙賽 02

�、� 職業(yè)院校組 04

　1 ．標(biāo)準(zhǔn)賽 01

　2 ．障礙賽 02

　二、比賽任務(wù)

　1.

　仿人競速項目 (06) 標(biāo)準(zhǔn)賽 (01)：在比賽場地上，小型仿人機器人從起跑線出發(fā) ，沿環(huán)形賽道中線，通過雙足直立步行方式行進一圈到達終點線。行進過程中，機器人倒地，在沒有出界的情況下，可重新爬起來繼續(xù)進行比賽。

　2.

　仿人競速項目 (06) 障礙賽 (02)：在比賽場地上，放置三個長 500mm、高 20mm、厚 8mm、顏色為黑色的欄架構(gòu)成障礙賽場地，欄架的擺放位置距起跑線（沿賽道中線計算）1210mm、3030mm、6060mm 處。小型仿人機器人從起跑線出發(fā)，沿環(huán)形賽道中線， 通過雙足直立步行方式行進一圈到達終點線。遇到欄架時，機器人以不低于欄高的抬腿高度跨過欄架�？鐧谶^程中，機器人前腳跨過跨欄后再碰倒欄架不算犯規(guī)。行進過程中， 機器人倒地，在沒有出界的情況下，可重新爬起來繼續(xù)進行比賽。

　三、重要變化（從

　2018 年開始）

　1 . 將場地圖紙直接平鋪在比賽場館的室內(nèi)地面上，其地面的材質(zhì)以比賽場館的室內(nèi)地面為準(zhǔn)。即從 2018 年開始使用噴繪圖紙（其材質(zhì)和搬運比賽場地圖紙的材質(zhì)相同）

　，不再使用木制場地。

　2 . 競速機器人要朝著類人的腿部結(jié)構(gòu)進化，規(guī)定機器人的每條腿上必須至少設(shè)置三個水平向自由度和一個豎直向自由度（即 3 個水平軸和 1 個豎直軸）

　。該豎直軸用于改變機器人的前進方向，安裝在機器人腿部的位置不作限制（可靠近腳底板，可靠近大腿根，也可在腿的中部）

　。

　3 . 競速機器人要朝著類人的行走步態(tài)進化（走起路來要像人一樣走路），因此要求設(shè) 計的機器人腿部結(jié)構(gòu)必須是可以實現(xiàn)即能彎曲又能伸直。規(guī)定靜態(tài)時機器人腿部的水平向自由度中兩個相臨關(guān)節(jié)最大展開角度不小于 120°。

　4 . 賽制采用一輪比賽、一次上場機會。對于第一輪比賽后沒有成績（行走距離為 0）

　的參賽隊，才能進行第二輪比賽（第二輪只有一次上場機會）

　。當(dāng)一輪比賽全部完成后，將沒有成績的隊伍集中起來，按原來比賽順序依次比賽。

　5 . 標(biāo)準(zhǔn)賽規(guī)定比賽時間≤4 分鐘；障礙賽規(guī)定比賽時間≤6 分鐘。

　比賽規(guī)則

　規(guī)則一

　機器人比賽

　 比賽場地

　 場地使用

　 下列比賽項目使用：

　1. 仿人競速項目(06)標(biāo)準(zhǔn)賽(01) 2. 仿人競速項目(06)障礙賽(02)

　場地圖紙

　圖 1 競速標(biāo)準(zhǔn)賽場地圖紙 場地說明：

　1. 標(biāo)準(zhǔn)賽場地：如圖 1 所示； 2. 障礙賽場地：在競速標(biāo)準(zhǔn)賽場地上，放置三個長 500mm、高 20mm、厚 8mm 、顏色為黑色的欄架構(gòu)成障礙賽場地，欄架的擺放位置距起跑線（沿賽道中線計算）1210mm、3030mm、6060mm 處。

　 場地尺寸

　1. 場地為長方形，其長×寬為 3660mm×2440mm。

　2. 賽道為環(huán)形（如圖）

　，由 2 條直線和 2 個半圓構(gòu)成，賽道中線長為 7278 mm。

　 場地標(biāo)識 1. 賽道寬度為 500mm，賽道外邊線距場地外緣的最小距離為 200mm。

　2. 彎道內(nèi)邊線、中線和外邊線的圓周半徑分別為 520mm、770mm 和 1020mm。3．場地圖紙標(biāo)識，有賽道中線、邊線（內(nèi)邊線或外邊線）和起跑線（終點線）

　。4．在賽道的“內(nèi)邊線”的內(nèi)側(cè)和“外邊線”外側(cè)，標(biāo)識出與起跑線相隔距離的相對值，用于幫助認(rèn)定和記錄“機器人走過的距離”。

　圖紙下載 1 . 圖紙制作：亞光 PVC 膜紙，可將下載好的圖紙電子檔（CAD 文件）送至打印店，由打印店通過計算機彩色噴繪完成圖紙制作（無需對圖紙的尺寸及顏色等做更改，直接制作即可）

�。� 2 . 可在

　討論群（群號 ）共享或者登錄

　下載場地制作 AutoCAD 圖、場地制作方案等文件，另外關(guān)于圖紙制作的任何疑問，可以聯(lián)系競賽組委會或通過

　討論群進行咨詢。

　 比賽場地 1. 將場地圖紙直接平鋪在比賽場館的室內(nèi)地面上，其地面的材質(zhì)以比賽場館 的室內(nèi)地面為準(zhǔn)。即從 2018 年開始使用噴繪圖紙（其材質(zhì)和搬運比賽場地圖紙的材質(zhì)相同）

　，不再使用木制場地。

　2. 正式比賽時的比賽場地以承辦方提供的實際場地為準(zhǔn)；

　 3. 參賽機器人必須適應(yīng)承辦方提供的比賽場地。

　 場地照明 1. 由于實際比賽條件的限制，場地照明情況以承辦方提供的比賽條件為準(zhǔn)；

　2. 參賽機器人必須適應(yīng)承辦方提供的場館條件。

　機器人結(jié)構(gòu)與制作

　 機器人結(jié)構(gòu) 1. 競速機器人是一種類人的仿人機器人，必須有明顯的頭、手臂、軀干和雙 足等部分，與人體的結(jié)構(gòu)比例相協(xié)調(diào)。要求機器人的頭部有 1 個自由度，手臂至 少有 2 個自由度，行進過程中有明顯的比較協(xié)調(diào)的擺頭和擺臂動作。

　2. 競速機器人要朝著類人的腿部結(jié)構(gòu)進化，規(guī)定機器人的每條腿上必須至少 設(shè)置三個水平向自由度和一個豎直向自由度（即 3 個水平軸和 1 個豎直軸）

　。該豎直軸用于改變機器人的前進方向，安裝在機器人腿部的位置不作限制（可靠近腳底板，可靠近大腿根，也可在腿的中部）

　。

　3. 競速機器人的雙足結(jié)構(gòu)是類人的平板腳，要求雙足必須符合人腳形狀、近似矩形的平板腳。當(dāng)機器人站立時，從上面看，連接腳底板最外沿的連線不重合。例如，競步機器人使用的交叉足印是違背規(guī)則、不允許使用的典型實例。

　4. 機器人單足尺寸（即機器人單足腳底板和其上安裝的輔助器件，共同構(gòu)成 機器人的單足。相當(dāng)于人類的腳底板和腳指頭構(gòu)成人類的腳一樣）

　不大于 (長)150mm×(寬)100mm。機器人其他部分的尺寸不限。

　 機器人制作 1. 在規(guī)則允許的條件下，機器人可擴展多種傳感器來對機器人的比賽過程進 行精確的控制，以求更好的成績。若沒有安裝傳感器的機器人以盲跑的形式參加比賽，只做現(xiàn)場表演，不計比賽成績。

　2. 參賽機器人可以是參賽隊自主設(shè)計和手工制作的機器人，也可以是參賽隊 購買套件組裝調(diào)試的機器人。即允許這兩種情況的機器人同場比賽。

　 機器人控制 1. 機器人采用通過微控制器的自動控制方式，依靠搭載在機器人本體的微控 制器、傳感器等來感知周圍環(huán)境，不允許依靠外部設(shè)備運行或感測進行計算或引導(dǎo)，不允許機器人有物線拖地，不允許機器人有導(dǎo)線與外部系統(tǒng)相連； 2. 機器人的控制程序，必須在上場比賽前一次寫入、可多次重啟運行。裁判員 必要時可要求進行重啟檢查。賽場比賽中間，不允許改寫程序。

　 機器人行走 1. 機器人的雙臂擺動，協(xié)調(diào)配合雙足行走，有明顯的擺臂動作； 2. 機器人的雙足行走，采用雙足直立步行方式，禁止以蹲姿方式步行； 3. 機器人的行走步速，要求機器人勻步速行進，禁止以多步子快跑、暫停時 判斷的方式行進；

　 4．競速機器人要朝著類人的行走步態(tài)進化（走起路來要像人一樣走路）

　，因此要求設(shè)計的機器人腿部結(jié)構(gòu)必須是可以實現(xiàn)即能彎曲又能伸直。規(guī)定靜態(tài)時機 器人腿部的水平向自由度中兩個相臨關(guān)節(jié)最大展開角度不小于 120°。

　 禁止事項 1．要求機器人采用雙足直立步行方式行走，禁止機器人采用蹲姿方式步行。所謂蹲姿，是指從側(cè)身看去機器人腿部各關(guān)節(jié)之間打開幅度有小于 100°的情況； 2．要求機器人勻步速行進，禁止以多步子快跑、暫停時判斷的方式行進； 3. 要求機器人采用通過微控制器的自動控制方式，禁止比賽進行期間使用任 何通訊設(shè)備； 4. 要求機器人在上場比賽前寫入，禁止在比賽過程中改寫程序。必要時，可 進行機器人重啟檢查； 5. 在競速障礙賽中，要求機器人依靠雙足跨越障礙，禁止依靠雙手等其他部 位協(xié)助跨障； 6. 要求機器人依靠搭載在機器人本體的電池供電，禁止依靠外部電源供電。

　 比賽計分標(biāo)準(zhǔn)

　 比賽時間 1. 標(biāo)準(zhǔn)賽：規(guī)定比賽時間≤4 分鐘； 2. 障礙賽：規(guī)定比賽時間≤6 分鐘。

　 完成賽程比賽成績 1．機器人面向彎道方向（逆時針方向）站在起跑線后，裁判發(fā)令計時開始，啟動機器人。機器人的某只單足壓上終點線，計時結(jié)束，記錄比賽時間。比賽時間越短，則排名越靠前。

　 未完成賽程比賽成績

　1. 比賽過程中出現(xiàn)下列情況之一，結(jié)束比賽，記錄機器人走過的距離和比賽 進行的時間，作為沒有完成一圈賽程的參賽隊成績排名的依據(jù)。

�、� 比賽時間超過規(guī)定的最長比賽時間；

�、� 機器人出界，其單足整體踏出賽道邊線；

�、� 在比賽過程中，機器人出現(xiàn)在原地不動的情況，停止時間超過 10 秒；

�、� 機器人倒地后不能自主爬起繼續(xù)參加比賽；

�、� 裁判認(rèn)定的其它結(jié)束比賽情況。

　2. 記錄“機器人走過的距離”和“走過這段距離所用的時間”。

　 繼續(xù)比賽 1． 比賽過程中出現(xiàn)下列情況之一，可繼續(xù)比賽，不影響比賽成績。

　⑴ 機器人壓線，其單足部分壓上賽道邊線，可自主返回賽道進行比賽；

�、� 行進過程中，機器人倒地，在沒有出界的情況下，可自主爬起繼續(xù)進行比賽。

　 中止比賽 1． 比賽過程中出現(xiàn)下列情況之一，中止比賽，不計成績。即比賽成績計 0 分。

�、� 裁判發(fā)令后，機器人在 10 秒內(nèi)沒有啟動；

�、� 在行進過程中，機器人明顯使用非雙足直立步行方式行進；

　⑶ 在比賽過程中，參賽隊員觸碰到機器人；

�、� 障礙賽跨欄時，機器人用手推倒欄架；

�、� 機器人沒有自主循線功能，在比賽場地上盲跑；

�、� 裁判認(rèn)定的其它違規(guī)情況。

　 壓 線 1．壓線：行進過程中，機器人單足部分壓上賽道邊線（內(nèi)邊線或外邊線）

　，認(rèn)定為壓線。

　 出 界 1．出界：行進過程中，機器人單足整體踏出賽道邊線（內(nèi)邊線或外邊線）

　，認(rèn)定為出界。

　盲 跑 1. 盲跑：機器人沒有自主循線功能，認(rèn)定為盲跑。

　2. 自主循線功能：要求機器人重啟后，將其放在起跑線以外的任何其它位置 的中線上，機器人可以沿中線自主循線行進。

　賽前檢查

　 檢查內(nèi)容 1. 目測檢查：機器人的仿人結(jié)構(gòu)、腳板結(jié)構(gòu)；

　2. 單足尺寸：不超過(長)150mm×(寬)100mm；

　3. 其它檢查：裁判認(rèn)定需要檢查的其它指標(biāo)。

　重要提示

　 重要說明 1. 規(guī)則明確指出，機器人要有類人的雙足結(jié)構(gòu)，要求雙足必須符合人腳形狀、近似矩形的平底腳板； 2. 規(guī)則明確指出，要求機器人采用雙足直立步行方式行走，禁止機器人以蹲 姿方式行進； 3. 規(guī)則明確指出，要求機器人勻步速行進，禁止機器人以多步子快跑、暫停 時判斷的方式行進； 4. 規(guī)則明確指出，要求機器人采用通過微控制器的自動控制方式，禁止比賽 進行期間使用任何通訊設(shè)備； 5. 規(guī)則明確指出，要求機器人在上場比賽前一次寫入、可多次重啟運行，禁 止參賽隊在比賽過程中改寫程序； 6. 規(guī)則明確指出，要求機器人依靠搭載在機器人本體的電池供電，禁止依靠 外部電源供電； 7. 規(guī)則明確指出，機器人單足尺寸不大于(長)150mm×(寬)100mm。

　8. 規(guī)則明確指出，要求機器人隨時接受自主循線檢查。所謂自主循線檢查， 是指機器人重啟后，將其放在起跑線以外的任何其它位置的中線上，機器人可以沿中線自主循線行進。該項檢查，不僅可以檢查出機器人全程盲跑，也可檢查出機器人在部分路段上采用事先設(shè)定的盲跑方式行進。

　 重要變化 （從 2018 年開始）

　1. 將場地圖紙直接平鋪在比賽場館的室內(nèi)地面上，其地面的材質(zhì)以比賽場館 的室內(nèi)地面為準(zhǔn)。即從 2018 年開始使用噴繪圖紙（其材質(zhì)和搬運比賽場地圖紙的材質(zhì)相同）

　，不再使用木制場地。

　2. 競速機器人要朝著類人的腿部結(jié)構(gòu)進化，規(guī)定機器人的每條腿上必須至少 設(shè)置三個水平向自由度和一個豎直向自由度（即 3 個水平軸和 1 個豎直軸）

　。該豎直軸用于改變機器人的前進方向，安裝在機器人腿部的位置不作限制（可靠近腳底板，可靠近大腿根，也可在腿的中部）

　。

　3. 競速機器人要朝著類人的行走步態(tài)進化（走起路來要像人一樣走路）

　，因此要求設(shè)計的機器人腿部結(jié)構(gòu)必須是可以實現(xiàn)即能彎曲又能伸直。規(guī)定靜態(tài)時機器人腿部的水平向自由度中兩個相臨關(guān)節(jié)最大展開角度不小于 120°。

　4. 賽制采用一輪比賽、一次上場機會。對于第一輪比賽后沒有成績（對單電機競步賽、窄足賽和交叉足賽，指的是行走距離為 0；對體操賽，指的是得分為 0）

　的參賽隊，才能進行第二輪比賽（第二輪只有一次上場機會）

　。當(dāng)一輪比賽全部 完成后，將沒有成績的隊伍集中起來，按原來比賽順序依次比賽。

　規(guī)則二

　機 器 人數(shù)量

　1. 每支參賽隊使用 1 個機器人參加比賽。比賽前，各個參賽隊需要對機器人進行登記并粘貼標(biāo)識。

　2. 同一個機器人只能代表一支隊伍參加比賽。

　3. 違背比賽規(guī)則的機器人，取消上場資格。

　規(guī)則三

　裁 判 工作

　1. 由大賽組委會裁判執(zhí)行場地比賽裁判工作，裁判在比賽過程中所作的裁決將為比賽權(quán)威判定結(jié)果。

　2. 裁判責(zé)任：執(zhí)行比賽的所有規(guī)則。核對參賽隊伍的資質(zhì)。審定比賽場地、機器人等是否符合比賽要求。監(jiān)督比賽的犯規(guī)現(xiàn)象。記錄比賽的成績和時間。

　規(guī)則四

　比 賽 進程

　1. 賽前要求：所有比賽隊伍，必須提供 WORD 電子版本的技術(shù)報告（含機械設(shè)計方案、硬件電路方案、主要算法、競賽策略等）

　，技術(shù)報告電子版本按要求拷貝至主辦方指定的電腦中； 2. 比賽過程：參賽隊以報名注冊順序決定出場順序。賽制采用一輪比賽、一次上場機會。對于第一輪比賽后沒有成績（行走距離為 0）的參賽隊，才能進行第二輪比賽 （第二輪只有一次上場機會）

　。當(dāng)一輪比賽全部完成后，將沒有成績的隊伍集中起來， 按原來比賽順序依次比賽。

　3. 比賽成績排序：完成賽程的參賽隊以比賽時間由小到大依次排序。隨后，沒有完成賽程的參賽隊以機器人走過的路程由大到小排序，當(dāng)路程相等時以對應(yīng)的比賽時間由小到大排序。最后是參加第二輪比賽的參賽隊排序。若出現(xiàn)最終成績一樣的參賽隊， 則這些參賽隊加賽一場。

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