河南工业大学机器人竞赛获奖总结与团队介绍
河南工业大学机器人团队自创建以来，得到了学校、学院各级领导的大力支持，在指导老师和团队成员的共同努力下，参加的各项比赛均取得了优异的成绩。特别是今年8月下旬于北京举办的世界机器人大赛中斩获亚军，分别获得一等奖1项和三等奖2项的喜人佳绩！此外，今年5月份于郑州举办的第四届河南省大学生机器人竞赛中也获得一等奖1项，二等奖2项、三等奖2项的佳绩。
（团队在2017世界机器人大赛所获奖项）
机器人团队成立于2017年1月。成立之初，来自不同专业和班级的30多名学生为了共同的爱好走到了一起，但其中多数人对机器人了解很少，为了解决团队成员没有机器人基础的问题，张杰老师和尚庆松老师特别对此开展了4天系统而全面的理论和实践培训。培训时，每人一台电脑，老师每讲一步，团队成员动手操作一步。第一天的培训，老师深入浅出地讲解了AVR控制器的各种端口的使用方式以及与外部各种传感器的连接使用，指导团队成员安装和使用NORTHSTAR开发软件，介绍了仿人机器人1V1比赛项目的规则、搭建技巧、以及各种机器人构件的使用方法，最后老师给团队成员留了两个小时动手练习这一天所讲内容并搭建出一台简易机器人。经过这一天的培训，团队成员对机器人的兴趣和激情大增，培训取得了很好的效果。
在后三天的培训中，老师按照第一天的培训方式，向团队成员讲解了LUBY控制器的使用、程序下载方法、多种上位机开发软件的具体操作、各个比赛项目的规则和搭建方案等。最终筛选出了较为优秀的10余人留在团队,为后期比赛做准备。通过这次培训，团队成员们对机器人有了初步认识和了解，并认识到即将要做的机器人项目，涉及到数据运算，物理原理，电子技术，机械构造，和程序编写等相关知识，既要动脑演算设计，又要动手搭建构造，将书本所学的知识融合在一起进行实践应用，考验着团队成员们的综合运用知识的能力。也正是这次培训，为团队成员后期对机器人的搭建与程序的编写以及调试打好了坚实基础。
（团队成员在实验室搭建机器人）
培训过后，团队就紧张而有序地准备比赛。机器人的搭建与设计，看似只要把每一个部件装上就行，但实际动手操作起来，却没想象中的那么简单。机器人比赛项目不仅考验学生的理论知识和动手实践能力，还考验着学生对各个传感器、控制器运用的熟练程度。为此，张老师和尚老师结合团队的实际情况，把比赛的准备任务分成三个阶段来完成。第一阶段从基础做起，熟练掌握每个单元模块的使用；第二阶段制定比赛的初步方案策略；第三个阶段进行方案策略以及程序算法的优化。
第一个阶段，传感器和控制器连接调试。光电、灰度、倾斜、光敏，声音，压力，摄像头等各种传感器、控制器及构件之间的连接和使用，看似简单，使用时却出现这样或那样的问题。团队成员在使用光电开关传感器时，出现了在同一条件下控制器获得的信号时有时无的问题，通过团队的商量讨论和查阅资料，了解到光电开关传感器可以通过旋转其后面的电位器来调节控制开关信号的距离，而这个距离超出70cm后，信号将不稳定甚至失去控制作用；在使用倾斜传感器时，团队成员设定了在倾斜了一定角度后再执行相应命令，而实际出现的问题是如果倾斜速度较快或带有些许震动，即使实际倾斜角度不到设定值，也会执行设定命令，对于这个问题，团队成员们讨论并实验了多种方法，但成效并不显著，最后在老师的指点和启发下，采用了在程序中对信号分时检测并多次判断的方法，使得问题得到较好解决。正是这些问题的出现，让团队的每一个成员对机器人各个模块的使用不再仅仅停留于理论上，而是在实际应用中获得相应的使用技巧。第一阶段的训练，团队熟练掌握了各种传感器、控制器、舵机的使用，知道了各种传感器在各种情况下使用的区别与注意事项，这些都为以后的比赛打下了坚实的基础。
（团队在实验室调试机器人）
第二阶段，比赛准备。各队按照省赛规则的要求，制定了初步方案并分组搭建机器人和制定程序算法。由于任务量比较大，每个队伍的队员都进行了细致的分工，这样协调合作，每个人都能专注于自己所负责的模块并能更好的挖掘该部分的潜能和优势。比赛规则对机器人的外形尺寸、总体重量、进攻方式等方面做了严格规定，各个小队成员在实际搭建机器人的过程中需要时刻注意。机器人的搭建看似容易，但真正做起来，却是非常头疼的一件事情，它不仅考验着队员们的动手能力，还考验着队员们的耐性。由于机器人的每个构件都是相互关联的，如有一步搭错或者需要更改，都会关联到多个构建的拆装，而且每一步的拆装都需要耗费大量的时间和精力。搭建的过程也是一个尝试的过程，有时理论上认为可行的方案，在实际中又会遇到这样或那样的问题。既使整个机器人按照预定方案搭建完整后，如果需要更换一个小零件，也可能需要全盘皆动。队员们有时就会遇到机器人内部螺丝松动或滑落的情况，而解决这个很小的问题往往需要拆掉机器人的大部分构件。由于比赛规则要求机器人在登上擂台与对方对抗过程中不能掉下擂台，否则判输，为了尽量不让机器人掉下擂台，团队采用了两种方案，第一种是利用擂台上灰度渐变的特点，使用4个灰度传感器检测自己所处的位置进而避免掉下擂台；第二种方案是利用4个红外光电传感器检测擂台边沿进而避免掉下擂台。由于第一种方案能够依靠灰度传感器检测擂台上的灰度值，机器人对自己所处的位置和方向能够进行更加准确的判断，从而更加安全。然而问题是，灰度传感器的输出值是个模拟量，即使同一条件下测得的灰度值也会有一些偏差，而且不同灰度传感器制作时的参数不同，同一灰度两个传感器读取的值可能差距很大，这也给编程上带来了很大的困难。第二种方案中的红外光电传感器是个开关量传感器，读取的值要么为0，要么为1，使得编程算法更加容易，但这种方案机器人只有到达擂台边沿后才能获得红外光电传感器的值，且在擂台内部不能获得位置信息，很容易在到达擂台边沿时被敌方推下擂台。在综合考虑了每种方案的利弊后，团队决定采取第一种方案，这也使得队员们在设计机器人位置检测算法上花费了大量的时间。在经过多次改进和程序优化后，最终成功地实现了机器人准确检测自己所处的位置和方向，从而为后来的制敌策略打下了很好的基础。通过团队成员的不断努力和老师们的点拨指导，各个项目组在不断的尝试中完成了本阶段的工作，为下一个阶段的策略方案优化做好了充分的准备。
第三个阶段，机器人策略和程序算法优化。此时距离省赛还有不到一个月的时间，为了能在比赛中获得好的成绩，团队中的每个人都不约而同的对自己提高了要求，课余时间都在实验室不断的调试，经常会为了解决一个问题熬到深夜。由于团队的机器人数量较少，每个项目的比赛只有一个机器人，在平时的调试过程中难以真正模拟两个机器人对战，只能凭感觉和想象来制定、优化相应策略，难免不能预测在实战中又将发生的各种情况，这也为后来比赛留下了不少漏洞。为了尽量减少策略上的漏洞，各个小队共同商量，相互借鉴其中的优点，并经常向张老师和尚老师请教遇到的难题，共同商量对敌策略。通过一步一步地改进、优化，最终确立了比赛的最佳策略和程序算法，同时也为省赛做好了充分的准备。
（指导老师为我们团队成员答疑解惑）
在准备省赛的这段时间里，团队的每个成员按照张老师和尚老师的要求，每天签到、签退，每队每人在周末需制定下周将要完成的任务和对本周任务的完成进度以及对遇到的困难作出总结和报告，通过这种形式，大家每天的目标变得比较明确，也更有兴趣。每天把那些经小组讨论，查阅相应书籍，网上搜索相关资料后仍未能解决的问题收集记录下来，到周末总结的自由讨论环节，张老师和尚老师与整个团队在一起共同商讨解决方案，这样一来，原来可能困惑好几天的难题通过老师们的细心指导和大家一起的交流讨论，大部分都能得以解决或有相应的解决思路。虽说这一路充满坎坷艰难，然而也正是这些困难和障碍的存在，使得各个小队在不停的磨合和共同协作中有了很好的默契程度，共同解决困难的能力得到了很大程度的提升，团队成员之间无形之中也变得更加紧密和团结。
（团队参加河南省机器人大学生机器人竞赛合影）
省赛如期而至，在指导老师的带领下，各小队满怀信心参加比赛。当时每个队伍仅给15分钟的现场调试时间，对每个队来说无不是个挑战，虽说时间紧迫，但赛场上每队队员都能静下心，明确分工，各司其职。数据测量、分析调试、方案优化、硬件整改等一步步有序进行。下午紧张而又激烈的比赛还是到来了，在此过程中发现其实不少队都是由于现场调试没做好、场地的改变等暴露出的各种问题，导致机器人掉下擂台而失分，这也是最基础而又最需细心的部分了。开始进行比赛的是仿人组1V1项目，在第一局与对手的较量中，不幸战败。在比赛场地旁的张老师和尚老师目睹了这一状况后，指出了该小队机器人的不足之处并指导小队成员调整方案。在随后的复活赛中，该小队一路过关斩将，一次次成功晋级，最终获得一等奖的优异成绩。接下来的无差别1V1项目的比赛，在前两局都成功晋级，但在接下来的一场比赛中，对手很灵敏，每次都能够准确地找到我方机器人的位置并迅速做出攻击，然而我方的机器人却在寻找对手方面很是欠缺，这也就导致多次被对手捕捉到侧面等薄弱区，最终不幸战败，仅获得二等奖，其他三小队也在其他项目中获得二等奖1项和三等奖2项的优秀成绩。
（团队成员在省赛赛场调试机器人）
通过这次比赛，团队成员见到了更加优秀的团队，对机器人有了更深的认识，同时也发现了自己的不足以及要努力的方向。团队成员们就一直在思考，怎样才能让机器人灵活自如，并在遇到敌人时都能够及时进行攻击；怎样才能在保证自己安全的条件下，通过手臂的动作将对方击败等。对此，张老师和尚老师多次和团队一起讨论分析比赛中出现的各种问题以及外校比较优秀的团队的策略思想，给了我们很大的启发，同时也为以后参加的比赛积累了丰富的经验。
（团队在河南省机器人大赛所获奖项）
由于在这次省赛中表现优异，河南工业大学机器人团队得到了2017世界机器人大赛组委会的参赛邀请。2017世界机器人大赛于8月23日在北京举办，它是我国机器人领域规模最大、规格最高、国际元素最丰富的活动，是中国电子学会、国际机器人竞技与创客教育联盟共同主办，教育部创新方法教学指导委员会等单位支持的极具创新性和观赏性的科技竞赛，领导、老师和团队中的每个成员都高度重视这次比赛。
为了能有更多的时间准备世界机器人大赛，团队成员们这个暑假都选择了留在学校准备比赛。张老师和尚老师多次给我们召开会议，介绍世界机器人比赛的规则，商量比赛的策略和制定任务进度计划，并结合团队实际情况，最终确定了3个队伍参加这次比赛。
（团队用于参赛的机器人作品）
这次世界机器人大赛的比赛规则和省赛的规则虽然有相同之处，但是差异也不小。对于无差别轮式机器人1V1比赛项目而言，最大的区别就是世界赛要求机器人在擂台下时能够自己寻找并登上擂台。如果不能成功登上擂台，将很快被淘汰。结合省赛的参赛策略和经验，该小队最终采取了用加长的构件与固定在机器人底盘上的舵机转轴相连的方案实现自主登台。后续的实验测试证明小队的想法是可行的。解决了登台难题后，接下来的主要任务就是擂台上的攻敌策略以及防掉台。该项目小组对省赛出现的检测敌方不准和攻击性差的问题进行了分析，决定降低前方和后方模拟量红外传感器的位置，并用增装的开关量红外传感器与模拟量红外传感器配合使用检测敌人，同时在省赛的基础上对攻击策略做了较大的改进，实验表明该小队的思想策略是正确的。
而对于仿人机器人1V1项目组的比赛来说，世界机器人大赛的规则与比省赛的规则要求更加苛刻。特别是在机器人的搭建和传感器的安装方面，世界机器人大赛对机器人底盘下传感器的数量、腿部特征、整体高度等都做了严格的说明。面对如此苛刻的规则要求，小组成员们不得不重新商讨制定新的方案和策略。在多次商讨后，队员们决定在保留省赛机器人底盘搭建方案的前提下，在底盘下方使用3个灰度传感器来检测机器人在擂台上所处的位置，并用多节舵机固定架作为腿部来增加机器人的高度。除此之外，为了摆脱机器人套件生产商开发的编程软件不能使用中断和定时器的限制，队员们决定使用eclipse开发软件作为编译环境，这也使得机器人的策略和算法实现更加灵活和方便。
（团队在实验室调试机器人）
在准备世界机器人大赛的过程中，张老师与尚老师的不断的支持和指导让团队中的每一个人更加自信。由于省赛耗费了一部分机器人构件和传感器，在准备世界赛的过程中出现了红外光电传感器、倾斜传感器、灰度传感器以及备用电池紧缺的情况，老师们得知这一情况后，立即与商家联系购买，使得各小队能够正常顺利地准备比赛。为了让团队在准备比赛的过程中少走些弯路，老师们每隔3天左右都会来查看各小队的进度、了解各小队遇到的难题，并在一起商讨解决办法，给团队成员们带来了很启发和帮助。
由于暑假时间紧迫，各个小队为了使自己的机器人在比赛中获得更好的成绩，经常调试到深夜。在经过无数次的调试和完善后，各小队已经为即将到来的世界机器人大赛做好了充分的准备。
（团队参加2017世界机器人大赛合影）
世界机器人大赛如期而至。在张老师和尚老师的细心安排下，各小队已经把调试好的机器人以及一些备用元件和工具放入箱子封装起来，准备向北京出发。这次比赛和上次省赛大有不同，不仅参赛队伍极多，而且名校众多，我们每个队员都感到莫大的压力，但既然来了就必须认真做好。
（团队成员在赛场调试）
第一天是调试和场地适应时间，团队的每一个人都早早地到了赛场进行调试，各个小队分工明确，数据测量、程序优化、下载验证等工作有序进行。经过两个多小时的努力，基本完成了赛场调试工作。在后来调试场地的多次测试过程中，一旁的尚老师发现了无差别轮式1V1项目组的机器人偶尔会出现卡在擂台上不能上台的问题，这虽然是个小概率事件，但是如果在比赛时出现了，将会导致输了整场比赛的致命后果。在和队员们沟通交流后，尚老师指出了用倾角传感器检测与多个红外配合检测这两种方案，由于倾角传感器会由于机器人在与敌方击打产生震动的过程中发生误判，经过综合考虑后，最终选择了多个红外配合检测的方案，并立即对程序进行了优化。测试表明这一改进非常成功。
当天晚上，为了确保机器人在第二天的比赛当中正常运行，团队成员们对机器人的传感器、连接线、结构件等进行了一次细致检查。无差别轮式机器人1V1项目组的成员在检查过程中发现机器人的一个舵机偶尔会出现不受命令控制的情况。队员们经过商量讨论后，认为出现这种问题有3种可能，第一种可能是舵机线松动或断路，第二种可能是程序有问题，第三种可能是舵机损坏。接下来队员们在更换了舵机线、单独写命令程序控制舵机测试后仍然不能找到导致问题的原因，只能认定舵机可能损坏。由于舵机安装在机器人内部，更换舵机意味着要拆掉机器人的大部分构建，在拆与装之间将花费大量的时间，而此时已是夜晚10点多。在衡量了利弊后，队员们决定牺牲大量休息时间更换舵机。在团队的共同努力下，成功完成了各项安装任务。经过测试，以前出现的问题被成功解决了，队员们悬着的心终于放了下来，而此时已是凌晨两点多钟。问题的成功解决，为第二天比赛的顺利进行提供了保证。
（团队成员在赛场调试）
为了确保团队的机器人不出任何问题，老师和队员们每天早早地就到了赛场，优化程序，修改硬件设计，实地测试等一系列工作做了一遍又一遍，只为机器人能够在比赛中表现的更好。团队的无差别轮式机器人1V1项目在第二天的两场比赛中，分别与江汉大学和中南大学的队伍对阵，在和中南大学的对阵中，以2比0的成绩险胜，顺利度过了这一天。接下来的几天中先后与湖南大学等高校交锋，一次次险中取胜，从竞夺32强、32进
16、16进
8、8进
4、4进2季军争端赛中一路连胜七局。
（团队无差别轮式机器人1V1项目冠军争夺赛）
在最后一天的冠军争夺赛中，老师和小队成员们仍早早地来到赛场，经过四天紧张而残酷的竞赛，很多代表队因战败而退出比赛，但这并未减弱现场的紧张气氛，围观人数一天高过一天，尤其最后一天，比赛还没开始赛场便被观众严严实实围了数层。在各个媒体的“长枪短炮”下，团队的机器人在与对手经过几分钟的激烈搏斗，难分高下，最终裁判判定为平局，为此，只能再进行一场加时赛，并规定谁先掉下擂台便为输，可惜最后一场加时赛中我方机器人不幸战败，与冠军插肩而过，仅获得亚军。在这次比赛中，我校机器人团队共获得了一等奖1项、三等奖2项的喜人佳绩。
（团队获得世界机器人大赛无差别轮式机器人1V1项目冠军奖杯）
团队今天取得的所有成绩，离不开学校和学院的大力支持。在电气工程学院的先进教学理念下，学生的专业应用能力和创新能力得到了大幅度提升。这些比赛不仅为学生提供了展示自我的良好机会，还让学生们对专业知识的学习充满兴趣和渴望，为学生将来的发展奠定了坚实的基础。
