工程训练综合能力竟赛以“重在实践，鼓励创新”为指导思想，目的在于培养学生的工程实践、工艺制作能力，引导学生加强知识与应用的结合能力，注重创新意识和合作精神的培养；激发大学生进行科学研究与探索兴趣，挖掘大学生的创新思维、创新设计等实际工作能力；同时，选拔优秀学生参加河北省、全国大学生工程训练综合能力大赛。

二、主办

河北建筑工程学院教务处

三、承办

河北建筑工程学院机械工程学院

四、参赛对象

在校全日制本专科学生。

五、竞赛题目及要求

本届竞赛命题为“以重力势能驱动的具有方向控制功能的自行小车”。

设计一种小车，驱动其行走及转向的能量是根据能量转换原理，由给定重力势能转换而得到的。该给定重力势能由竞赛时统一使用质量为1Kg的标准砝码（￠50×65 mm，碳钢制作）来获得，要求砝码的可下降高度为400±2mm。标准砝码始终由小车承载，不允许从小车上掉落。图1为小车示意图。

要求小车在行走过程中完成所有动作所需的能量均由此给定重力势能转换而得，不可以使用任何其他来源的能量。

要求小车具有转向控制机构，且此转向控制机构具有可调节功能，以适应放有不同间距障碍物的竞赛场地。

要求小车为三轮结构。其中一轮为转向轮，另外二轮为行进轮，允许二行进轮中的一个轮为从动轮。具体设计、材料选用及加工制作均由参赛学生自主完成。

六、竞赛项目

6.1 “S”型赛道避障行驶竞赛

经现场公开抽签，在±200～300mm范围内产生一个“S”型赛道第一轮障碍物间距变化值和变化方向。

竞赛小车在前行时能够自动绕过赛道上设置的障碍物，如图2。赛道宽度为2米，障碍物为直径20mm、高200mm的圆棒，沿赛道中线从距出发线1米处开始按间距1米摆放，摆放完成后，将偶数位置的障碍物按抽签得到的碍物间距变化值和变化方向进行移动（正值远离，负值移近），形成的即为竞赛时的赛道。以小车前行的距离和成功绕障数量来评定成绩，。

图2 无碳小车在重力势能作用下自动行走示意图

小车有效的绕障方法为：小车从赛道一侧越过一个障碍后，整体越过赛道中线且障碍物不被撞倒或推出障碍物定位圆；连续运行，直至小车停止。小车有效的运行距离为：停止时小车最远端与出发线之间的垂直距离。

评分标准：每米得2分，测量读数精确到毫米；每成功绕过1个障碍得8分，以车体投影全部越过赛道中线为判据。1次绕过多个障碍时只算1个；多次绕过同1个障碍只算1个；障碍被撞倒或推开均不得分。

6.2 “8”字型赛道避障行驶竞赛

竞赛场地在半张标准乒乓球台（长1525mm、宽1370mm）上，有3个障碍成“L”形放置， “L”形的长边在球台的中线上，（放置球台时“L”形的长边平行主看台方向，短边垂直且远离主看台），经现场公开抽签，在400～500mm范围内产生“L”形的长边值，在300±50mm范围内产生“L”形的短边值。

小车需绕中线上的两个障碍物按“8”字型轨迹运行，障碍物为直径20mm、长200mm的3个圆棒，圆棒中心分别放置在“L”形的3个端点上，以小车完成8字绕行圈数的多少来评定成绩，见图3。

图3 “8”字型赛道竞赛所用乒乓球台及障碍设置图

参赛时，要求小车以“8”字形轨迹交替绕过中线上2个障碍，保证每个障碍在“8”字形的一个封闭环内，同时不碰倒第3个障碍。每完成1个“8”字且成功绕过2个障碍，得12分。各队使用组委会统一提供的标准砝码参赛。出发点自定，每队小车运行2次，取2次成绩中最好成绩。

一个成功的“8”字绕障轨迹为：两个封闭图形轨迹和轨迹的两次变向交替出现，变向指的是：轨迹的曲率中心从轨迹的一侧变化到另一侧。

比赛中，小车需连续运行，直至停止。小车没有绕过障碍、碰倒障碍、将障碍物推出定位圆区域、砝码脱离小车、小车停止或小车掉下球台均视为本次比赛结束。

6.3电控无碳小车：三轮结构，其中一轮为转向轮，另外二轮为行进轮，(要求2个行进轮用1.5mm厚度的钢板或可用激光切割加工且不超过8mm厚度的非金属板制作，要求行进轮轮毂与轮外缘之间至少有40mm的环形范围，这个范围将用于进行统一要求的设计和激光切割)，允许二行进轮中的一个轮为从动轮。小车可具有赛道障碍识别、轨迹判断及自动转向功能和制动功能，这些功能可由机械或电控装置自动实现，不允许使用人工交互遥控。如图1。

小车行进所需能量：只能来自给定的重力势能，小车出发初始势能为400mm高度×1Kg砝码质量，竞赛时使用的同一规格标准砝码（钢制￠50×65mm）。若使用机械控制转向或刹车，其能量也需来自上述给定的重力势能。

电控装置：主控电路必须采用带单片机的电路，电路的设计及制作、检测元器件、电机（允许用舵机）及驱动电路自行选定。电控装置所用电源为5号碱性电池，电池自备，比赛时须安装到车上并随车行走。小车上安装的电控装置必须确保不能增加小车的行进能量。（小车驱动系）

赛道：

赛道宽度1.2米，形成长约15.4米宽约2.4米（不计赛道边缘道牙厚度）的环形赛道，其中两直线段长度为13.0米，两端外缘为曲率半径为1.2米的半圆形，中心线总长度约30米，见图2。

图2赛道示意图

赛道边缘设有高度为80mm的道牙挡板。赛道上间隔不等（随机）交错设置多个障碍墙，障碍墙高度约80mm，相邻障碍墙之间最小间距为1米，每个障碍墙从赛道一侧边缘延伸至超过中线100—150mm。

在直赛道段设置有1段坡道，坡道由上坡道、坡顶平道和下坡道组成，上坡道的坡度3°±1°，下坡道的坡度1.5°±0.5°；坡顶高度40±2mm，坡顶长度为250±2mm。坡道位置将事先公布，出发线在平赛道上，距离坡道起始位置大于1米，具体位置抽签决定。

6.4提交作品具体要求：

1、提交参赛作品的方案设计说明书（可附传动机构展开图(传动草图)1幅）；要求传动原理与机构设计合理，有独立见解及创新点。

2、作品名称注明“S小车”、“8字小车”或“电控小车”。

3、提交一份作品报名表，写明参赛队所有队员信息（班级、学号、姓名、联系方式等），格式见附件。

4、所有纸质资料统一装到档案袋内交上。

七、竞赛程序

（1）报名阶段：2016年6月25日～2016年6月30日

（2）方案设计阶段： 2016年7月1日～2016年9月11日

设计方案于2016年9月12-13日交到机械工程学院办公室（机械楼305）；

（3）评比阶段：2016年9月中下旬。

提交最终方案设计说明书，进行答辩。由评委评出一、二、三等奖，并选出优秀队员，参加省级大学生工程训练综合能力竞赛。

（4）参加省赛阶段： 2016年9月底～2016年11月30日由指导教师指导、工程训练中心配合学生制作小车零部件并进行装配及调试。

附件：第一届校大学生工程训练综合能力竞赛报名表

河北建筑工程学院机械工程学院

2016.8.31