2019年山東省職業(yè)院校技能大賽電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)及制作賽項(xiàng)賽題

2019年山東省職業(yè)院校技能大賽高職組

“電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)及制作”賽項(xiàng)

題目：視覺識(shí)別分揀機(jī)器人設(shè)計(jì)及制作

1競(jìng)賽任務(wù)

按賽題要求，利用所發(fā)的技術(shù)資料、元器件及器材完成視覺識(shí)別分揀機(jī)

器人控制器的設(shè)計(jì)和裝調(diào)任務(wù)，進(jìn)行Cortex-M3系列STM32F103ZET6

（LQFP144）處理器或STC單片機(jī)IAP15W4K61S4（LQFP64S）的軟件設(shè)計(jì)，

完成該控制器的設(shè)計(jì)及制作。

1.1根據(jù)本賽題及所給的技術(shù)資料分析視覺識(shí)別分揀機(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Altium

Designer軟件繪制元器件封裝圖及印刷線路板圖；

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(jì)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完成機(jī)器人控制器的功能調(diào)試，使其達(dá)到規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)視覺識(shí)別分

揀機(jī)器人的正常工作；

1.6完成STM32F103ZET6或IAP15W4K61S4處理器軟件的編寫，使視覺識(shí)別分揀

機(jī)器人達(dá)到規(guī)定的功能要求。

2競(jìng)賽時(shí)間

競(jìng)賽時(shí)間為6小時(shí)（8:30-14:30）。

3功能要求與技術(shù)指標(biāo)

3.1原理說明

視覺識(shí)別分揀機(jī)器人為三自由度機(jī)器人，可以用攝像頭實(shí)現(xiàn)對(duì)不同顏色

形狀的物件進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別分揀，其機(jī)構(gòu)如圖1所示。

上下運(yùn)動(dòng)直線導(dǎo)軌

機(jī)械手

前后運(yùn)動(dòng)直線導(dǎo)軌

攝像頭OV7725

面板與圖形件左右運(yùn)動(dòng)直線導(dǎo)軌

電容式位移傳感器

圖1視覺識(shí)別分揀機(jī)器人

視覺識(shí)別分揀機(jī)器人由三個(gè)直線導(dǎo)軌分別控制機(jī)械手的左右、上下和前后運(yùn)

動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)面板上的圖形件進(jìn)行識(shí)別分揀。左右運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的驅(qū)動(dòng)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)；上

下運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的驅(qū)動(dòng)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)；前后運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的驅(qū)動(dòng)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)；

機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)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(cè)夾持

圖形件的力度，在機(jī)械手的下方安裝攝像頭，用于識(shí)別圖形件的顏色與形狀，實(shí)

現(xiàn)自動(dòng)分揀。視覺識(shí)別分揀機(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(dòng)控制視覺識(shí)別分揀機(jī)器人的工作。

3.2功能實(shí)現(xiàn)

視覺識(shí)別分揀機(jī)器人通過判斷圖形件的顏色與形狀，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)分揀或自動(dòng)分

揀。圖形件的形狀為三角形、正方形、圓形。視覺識(shí)別分揀機(jī)器人控制器由微處

理器(STM32或51)電路，顯示與鍵盤電路，傳感器測(cè)量電路，A/D轉(zhuǎn)換電路，電

機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和電源電路等部分組成。

參賽隊(duì)需完成印刷線路板繪制，線路板的焊接與調(diào)試，控制器的安裝與調(diào)試，

控制器指定功能的軟件編程與調(diào)試等多項(xiàng)競(jìng)賽任務(wù)。

3.2.1印刷線路板的繪制

根據(jù)賽題所指定的器件原理圖、PDF說明文件和印刷線路板約束條件，利用

AltiumDesigner軟件繪制元器件封裝、印刷線路板圖。

原理圖由多個(gè)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(shí)由裁

判長(zhǎng)下發(fā)具體方案。

根據(jù)器件PDF說明文件或?qū)嵨餃y(cè)量的方法進(jìn)行元器件封裝的繪制。

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)所繪制的原理圖、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

微處理器核心板（DCP-401或DCP-301），DCP-204液晶顯示和鍵盤電路板、

DCP-218功率H橋PWM輸出電路板、DCP-216功率運(yùn)放輸出電路板、DCP-206

ADS7950串行A/D轉(zhuǎn)換電路板、DCP-208串行A/D轉(zhuǎn)換電路板ADS1118、DCP-226

多功能萬用板、DCP-28-1信號(hào)調(diào)理電路板等電路板中其中兩塊為散件，需參賽隊(duì)

根據(jù)比賽時(shí)下發(fā)的焊接套件清單、焊接原理圖自己焊接和調(diào)試。

3.2.3視覺識(shí)別分揀機(jī)器人控制器的安裝與調(diào)試

視覺識(shí)別分揀機(jī)器人控制器的裝調(diào)工作要求在如圖2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

或51單片機(jī)）、人機(jī)接口電路板、傳感器測(cè)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2視覺識(shí)別分揀機(jī)器人控制器機(jī)箱圖

視覺識(shí)別分揀機(jī)器人控制器的具體線路板構(gòu)成如下：

1）DCP-401或DCP301微處理器核心板；

2）DCP-204液晶顯示和鍵盤電路板；

3）DCP-206ADS7950或DCP-208ADS1118串行A/D轉(zhuǎn)換電路板；

4）DCP-216功率運(yùn)放輸出電路板；

5）DCP-218功率H橋PWM輸出電路板；

6）DCP-226多功能萬用板或DCP-28-1信號(hào)調(diào)理電路板。

參賽隊(duì)需自行完成視覺識(shí)別分揀機(jī)器人控制器機(jī)箱內(nèi)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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“視

覺識(shí)別分揀機(jī)器人控制器裝調(diào)”文件夾中。

視覺識(shí)別分揀機(jī)器人控制器的前面板安裝微處理器核心板DCP-401或

DCP301、搖桿電位器接口和電源開關(guān)。前面板的布置如圖3所示。視覺識(shí)別分揀

機(jī)器人控制器的后面板的布置如圖4所示，安裝有三個(gè)接線插座和帶保險(xiǎn)絲的電

源插座。其中端口1連接左右運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌電機(jī)及編碼器、電容式位移傳感器的信

號(hào)，端口2連接上下運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌電機(jī)及編碼器、前后運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌電機(jī)的信號(hào)，端口3

連接機(jī)械手舵機(jī)、攝像頭和力傳感器的信號(hào)。

圖3視覺識(shí)別分揀機(jī)器人控制器前面板圖

圖4視覺識(shí)別分揀機(jī)器人控制器后面板圖

控制器整機(jī)的安裝工藝評(píng)分和印刷線路板的焊接工藝評(píng)分將在比賽結(jié)束、整

機(jī)功能測(cè)試后集中進(jìn)行，比賽過程中不對(duì)印刷線路板的焊接工藝單獨(dú)評(píng)分。

3.2.4視覺識(shí)別分揀機(jī)器人的功能要求

1）視覺識(shí)別分揀機(jī)器人控制器前面板的按鍵定義

此處考察選手現(xiàn)場(chǎng)編程能力，具體要求比賽時(shí)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，包含參賽隊(duì)自己的賽位號(hào)，核心板上蜂鳴器鳴叫X

秒，界面底部“按X進(jìn)入主界面”每隔X秒閃爍一次，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(duì)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(shí)下發(fā)。

注2：“X”代表具體的數(shù)字，具體數(shù)字在比賽時(shí)下發(fā)。

3）手動(dòng)分揀控制要求

進(jìn)入手動(dòng)分揀界面后，將圖形件（顏色、圖形、位置隨機(jī)），從面板上夾取

出來，并放入裁判指定的位置，具體要求比賽時(shí)下發(fā)。

4）自動(dòng)分揀控制要求

進(jìn)入自動(dòng)分揀界面后，自動(dòng)分揀“區(qū)域設(shè)定”內(nèi)的圖形件，把識(shí)別的圖形件

自動(dòng)放入籃中，具體要求比賽時(shí)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(jì)、印刷線路板焊接和調(diào)試、視覺識(shí)別分揀機(jī)器人

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(jì)及制作時(shí)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)建控制器，若自己焊接的線路板不能正常

工作，可以申請(qǐng)成品功能板代替，但會(huì)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“2019SD××”（××為2位數(shù)字，即競(jìng)賽隊(duì)工

位號(hào)）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(hào)），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(jìng)賽成績(jī)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盤提交，技術(shù)文件包括：

1、電子設(shè)計(jì)工藝所繪制的印刷線路板原理圖、封裝圖和線路板圖；

2、視覺識(shí)別分揀機(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：

2019SD××電路原理圖××.SchDoc

線路板圖××.PcbDoc

源程序××（文件夾）

元器件封裝.PcbLib

4.3技術(shù)文件上交方式

原理圖、線路板圖、元器件封裝及源程序均需提交電子文檔，采用U盤上

交，上交時(shí)間為比賽結(jié)束時(shí)（14:30）。

5評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

序號(hào)評(píng)分項(xiàng)目知識(shí)、技能點(diǎn)分值

操作規(guī)范、環(huán)境清潔、安全用電團(tuán)隊(duì)合作、

1安全操作規(guī)范10

符合職業(yè)崗位的要求和企業(yè)生產(chǎn)“5S”原則。

2電子設(shè)計(jì)工藝按賽卷要求完成印刷線路板繪制20

印刷線路板焊接、機(jī)器人控制器安裝布局與

3電子裝接工藝30

接線工藝。

任務(wù)與功能驗(yàn)根據(jù)競(jìng)賽任務(wù)書要求，完成某一特定功能機(jī)

4