機械與電氣工程學院
學生工程訓練大賽
舉辦時間：2023年5月
機械與電氣工程學院
學生工程訓練大賽組委會
委員長：張承東、王炳章、魯明珠
執行主任：唐軍、劉文慧
指揮主任：姜榮東、杜成剛
委員：宋翔宇、孟德越、周楊、張一馳、姚增偉、高鵬、白鵬、
宋兆新第一部分活動概述
活動背景：開展大學生工程訓練大賽活動是應用型人才培養的乙個重要環節。通過大賽可以調動學生學習的積極性，提高實踐運用能力、創新創業能力、以及團隊合作能力。
為此，機械與電氣工程學院在2023年5月舉辦「學生工程訓練大賽」。
二、活動主題： 學生工程訓練大賽
三、活動目的：在活動中全面提高同學們的創新意識和創新能力，
提高專業水平，提公升動手能力，同時為同學們提供乙個展示自我知識與個性的平台。
四、活動時間：2023年5月
六、活動地點：機電實驗室
七、活動物件：機械與電氣工程學院2014級、2015級、
2016級全體學生。
2023年滄州師範學院機械與電氣工程學院工程訓練大賽命題包含「無碳小車越障競賽」（「s」競技和「8」字競技）和「重力勢能驅動的自控行走小車越障競賽」兩部分內容。
第1部分：無碳小車越障競賽
1.競賽主題「無碳小車越障競賽」
要求經過一定的前期準備後，在比賽現場完成一台符合本命題要求的可執行的機械裝置，並進行現場競爭性執行考核。每個參賽作品需要提交相關的設計、工藝2個檔案及長度為3分鐘的關於參賽作品設計及製作過程的匯報**。
2.競賽命題「以重力勢能驅動的具有方向控制功能的自行小車」
設計一種小車，驅動其行走及轉向的能量是根據能量轉換原理，由給定重力勢能轉換而得到的。該給定重力勢能由競賽時統一使用質量為1kg的標準砝碼（φ50×65 mm，碳鋼製作）來獲得，要求砝碼的可下降高度為400±2mm。標準砝碼始終由小車承載，不允許從小車上掉落。
圖1為小車示意圖。
圖1 無碳小車示意圖
要求小車在行走過程中完成所有動作所需的能量均由此給定重力勢能轉換而得，不可以使用任何其他**的能量；
要求小車具有轉向控制機構，且此轉向控制機構具有可調節功能，以適應放有不同間距障礙物的競賽場地；
要求小車為三輪結構。其中一輪為轉向輪，另外二輪為行進輪，允許二行進輪中的乙個輪為從動輪。具體設計、材料選用及加工製作均由參賽學生自主完成。
3.競賽安排
每班出參賽隊參加競賽，以班級為單位。
3.1 自主製作
參賽隊按本競賽命題的要求，自主設計，獨立製作出一台參賽小車。
3.2 集中參賽
攜帶在製作完成的小車作品集中參賽；
參賽作品需要提交作品的結構設計方案、加工工藝方案共2個檔案（分別提交紙質版檔案一式2份、電子版檔案1份），檔案按本競賽組委會發布的統一格式編寫；
提交乙份3分鐘的**，(格式要求： mpeg檔案，***-pal 4:3，24位，720 x576，25 fps，音訊資料速率 448 kbps杜比數碼音訊 48khz)，**的內容是關於本隊參賽作品賽前設計及製作過程的匯報及說明；
3.3 方案檔案要求
3.3.1結構設計方案檔案
完整性要求：小車裝配圖1幅、要求標註所有小車零件（a3紙1頁）；
裝配**圖1幅（所用三維軟體自行選用， a3紙1頁）；
傳動機構展開圖1幅（a3紙1頁）；
設計說明書1-2頁（a4）。
正確性要求：傳動原理與機構設計計算正確，選材和工藝合理。
創新性要求：有獨立見解及創新點。
規範性要求：圖紙表達完整，標註規範；文字描述準確、清晰。
3.3.2工藝設計方案檔案
自選作品小車上乙個較複雜的零件，完成並提交工藝設計方案報告
（a4，2－3頁）。要求採用統一的方案檔案格式（網上**）。
4.競賽專案
4.1 「s」型賽道避障行駛競賽
經現場公開抽籤，在±200～300mm範圍內產生乙個「s」型賽道第一輪障礙物間距變化值和變化方向。
競賽小車在前行時能夠自動繞過賽道上設定的障礙物，如圖2。賽道寬度為2公尺，障礙物為直徑20mm、高200mm的圓棒，沿賽道中線從距出發線1公尺處開始按間距1公尺擺放，擺放完成後，將偶數字置的障礙物按抽籤得到的礙物間距變化值和變化方向進行移動（正值遠離，負值移近），形成的即為競賽時的賽道。以小車前行的距離和成功繞障數量來評定成績。
參賽前，各隊載入由競賽組委會統一提供的標準砝碼，在指定的賽道上進行比賽。小車出發位置自定，但不得超過出發端線和賽道邊界線。每隊小車執行2次，取2次成績中的最好成績。
圖2 無碳小車在重力勢能作用下自動行走示意圖
小車有效的繞障方法為：小車從賽道一側越過乙個障礙後，整體越過賽道中線且障礙物不被撞倒或推出障礙物定位圓；連續執行，直至小車停止。小車有效的執行距離為：
停止時小車最遠端與出發線之間的垂直距離。小車碰倒障礙、將障礙物推出定位圓區域、砝碼脫離小車、小車停止或小車碰觸賽道邊緣擋板均視為本次比賽結束。
4.2 「8」字型賽道避障行駛競賽
競賽場地在半張標準桌球臺（長1525mm、寬1370mm）上，有3個障礙成「l」形放置， 「l」形的長邊在球檯的中線上，（放置球檯時「l」形的長邊平行主席台方向，短邊垂直且遠離主席台），經現場公開抽籤，在400～500mm範圍內產生「l」形的長邊值，在240～340mm範圍內產生「l」形的短邊值。
小車需繞中線上的兩個障礙物按「8」字型軌跡執行，障礙物為直徑20mm、長200mm的3個圓棒，圓棒中心分別放置在「l」形的3個端點上，以小車完成8字繞行圈數的多少來評定成績，見圖3。
參賽時，要求小車以「8」字形軌跡交替繞過中線上2個障礙同時不碰到第3個障礙。各隊使用組委會統一提供的標準砝碼參賽。出發點自定，每隊小車執行2次，取2次成績中最好成績。
圖3 「8」字型賽道競賽所用桌球台及障礙設定圖
乙個成功的「8」字繞障軌跡為：兩個封閉圖形軌跡和軌跡的兩次變向交替出現，變向指的是：軌跡的曲率中心從軌跡的一側變化到另一側。
比賽中，小車需連續執行，直至停止。小車沒有繞過障礙、碰倒障礙、將障礙物推出定位圓區域、砝碼脫離小車、小車停止或小車掉下球檯均視為本次比賽結束。
5.成績及獎項分配
按不同參賽專案計算各隊總成績，按各項成績之和由高到低，設
一、二、三等獎。
6 場地挑戰賽
本項比賽為最小障礙物間距挑戰賽，分為「s」型賽道和「8」字型賽道兩項進行。「s」 型賽道，要求完成連續10個障礙物成功繞行，「8」字型賽道，要求完成連續10個完整「8」字繞行。
每個參賽隊可以報名參加一項挑戰賽，挑戰賽需提前報名，並提交挑戰的最小障礙物間距和按報名最小障礙物間距成功執行的**記錄資料。根據報名成績排序，按「s」型賽道和「8」字型賽道分別選出10個隊進入挑戰賽。
挑戰賽可以使用與常規賽不同的小車，但所用小車應符合本命題要求。
完成10個障礙或10個完整「8」字繞行的參賽隊，按障礙物最小間距的數值，計算成績，數值相同時，按完成時間的長短，計算成績。間距越小，時間越短，成績越高。
挑戰賽「s」型賽道組和「8」字型賽道組各設第
一、第二、第三名獎，其餘挑戰成功的隊獲頒挑戰賽成功獎。
第2部分：重力勢能驅動的自控行走小車越障競賽
1.競賽命題：「重力勢能驅動的自控行走小車越障競賽」
自主設計一種符合本命題要求的小車，經賽場內外分步製作完成， 並進行現場競爭性執行考核。
本題目是在往屆工程訓練綜合能力競賽無碳小車命題基礎上的修改，保留了重力勢能驅動行進的特點，增加了自主尋跡避障轉向控制功能，為此賽道也有所變化。
2.命題要求
小車：三輪結構，其中一輪為轉向輪，另外二輪為行進輪，(要求2個行進輪用1.5mm厚度的鋼板或可用雷射切割加工且不超過8mm厚度的非金屬板製作，要求行進輪輪轂與輪外緣之間至少有40mm的環形範圍，這個範圍將用於進行統一要求的設計和雷射切割)，允許二行進輪中的乙個輪為從動輪。
小車應具有賽道障礙識別、軌跡判斷及自動轉向功能和制動功能，這些功能可由機械或電控裝置自動實現，不允許使用人工互動遙控，見圖4。
小車行進所需能量：只能來自給定的重力勢能，小車出發初始勢能為400mm高度×1kg砝碼質量，競賽時使用的同一規格標準砝碼（鋼製φ50×65mm）。若使用機械控制轉向或剎車，其能量也需來自上述給定的重力勢能。
電控裝置：主控電路必須採用帶微控制器的電路，電路的設計及製作、檢測元器件、電機（允許用舵機）及驅動電路自行選定。電控裝置所用電源為5號鹼性電池，電池自備，比賽時須安裝到車上並隨車行走。
小車上安裝的電控裝置必須確保不能增加小車的行進能量。（小車驅動系）
圖4 小車示意圖
賽道：賽道寬度1.2公尺，形成長約15.
4公尺寬約2.4公尺（不計賽道邊緣道牙厚度）的環形賽道，其中兩直線段長度為13.0公尺，兩端外緣為曲率半徑為1.
2公尺的半圓形，中心線總長度約30公尺，見圖5。
圖5 賽道示意圖
賽道邊緣設有高度為80mm的道牙擋板。賽道上間隔不等（隨機）交錯設定多個障礙牆，障礙牆高度約80mm，相鄰障礙牆之間最小間距為1公尺，每個障礙牆從賽道一側邊緣延伸至超過中線100—150mm。
在直賽道段設定有1段坡道，坡道由上坡道、坡頂平道和下坡道組成，上坡道的坡度3度，下坡道的坡度1.5度；坡頂高度40±2mm，坡頂長度為250±2mm。坡道的起始位置設定在出發線2公尺處，出發線在平賽道上。
3.競賽安排
每班參賽隊參加競賽，以班級形式報名。
3.1 自主製作
參賽隊按本競賽命題要求，在各自所在的學校內，自主設計，獨立製作出一台參賽小車。
3.2 集中參賽
3.2.1 製作完成的小車作品統一時間參賽；
參賽作品需提交作品的設計製作說明書，說明書分為兩部分，一部分內容包括：機械設計方案和零件加工工藝方案；另一部分包括：電路設計方案。
（分別提交紙質版檔案一式2份、電子版檔案1份）。檔案按競賽組委會發布的統一格式編寫;
提交乙份3分鐘的**，(格式要求： mpeg檔案，***-pal 4:3，24位，720 x576，25 fps，音訊資料速率 448 kbps杜比數碼音訊 48khz)，**的內容是關於本隊參賽作品賽前設計及製作過程的匯報及說明。
3.3 方案檔案要求
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