First機器人競賽（Inspiration and Recognition of Science and Technology）的冠軍榮譽，讓參與到其中的高中學生們全情投入到設計世界中：他們必須在麵對各種艱難的抉擇
、時間的限製和各種約束下，達到設計項目的目標。眾多由10－20個學生組成的參賽隊伍


，以及他們的老師
，手上隻有一套標準的工具
，必須在六周內完成一個設計項目。下麵的一份2007年和2008年團隊參賽經驗，是由一個參賽學生所寫的。  
　　所有參加Firstjiqirendasaideduiwubixuzailiuzhouneiwanchengshejibingjianzaoyigejiqiren
，suoyitamenbixushanchangjijigaoxiaodesheji，bingqieyaozhunbeihaokefubisaiguochengzhongkenengchuxianderenhewenti。laizidezhouaosidingshiwenlixueyuan（LASA）高中的418號隊伍 －aka Purple Haze － 連續參加了過去八年的比賽。他們在2007和2008年的比賽中遇到了尤其棘手的難題。  
　　在設計今年的Zephyr機器人時，418號隊伍將重點放在兩個因素：人類工程學和自適應。他們需要設計出一個簡單、易移動的緩衝係統，並在製作時采用一個支架來實現這一點：該支架會滑動到底盤的鋁框架內，利用吊環螺釘來依附在上麵。人機工程設計讓機器人可以輕鬆立起
，而Zephyr能以自適應模式平穩工作。  
　　在前一年的競賽中
，LASA的參賽隊麵臨著兩個主要難題：shejiyigekeyidadaobisaikekeyaoqiudeheshiqielaogudequdongxitong，bingkaifayigekeyiyongyujiqibidezhiguankongzhijizhi
，rangxinshouyekeyishunlicaozuojiqibi。  
　　在2007年的“Rack ’in’ Rol”大賽中
，機器人必須將內管放在運動的八角齒條上，同時防止其受阻。LASA隊製作了PHunky：一個通過雙關節機器臂來操作遊戲部件（充氣的水銀整流管）的六輪機器人。要設計出恰當的驅動係統是很困難的

，因為在遊戲的不同環節中，力量和速度都是非常重要的：力量是用來防守和得分，而速度則是用於“重裝”機器人的操控器並將之移動穿越整個遊戲區域來占據最佳位置。  
　　LASA隊從一份其它First參賽隊所寫的白皮書上找到了靈感，並開始開發和改進其自己獨特的“DeWalts”設備（包含First組委會提供的CIM馬達和DeWalt XRP鑽孔傳動）。這些傳動可以在三組齒輪間替換，讓LASA隊能夠在運行中轉換減速比。  
　　為了排除障礙物
，PHunky的第一擋的12:1 I/O比可以提供足以排除任何路障的動力
，而在第二檔時，這個重120磅的大家夥速度可以達到14英尺/秒
，足夠超越任何對手。LASA隊(dui)通(tong)過(guo)在(zai)一(yi)個(ge)雙(shuang)軸(zhou)數(shu)控(kong)機(ji)床(chuang)上(shang)製(zhi)作(zuo)的(de)定(ding)製(zhi)型(xing)安(an)裝(zhuang)板(ban)，使(shi)馬(ma)達(da)和(he)傳(chuan)動(dong)實(shi)現(xian)匹(pi)配(pei)。而(er)轉(zhuan)換(huan)則(ze)是(shi)通(tong)過(guo)將(jiang)伺(si)服(fu)機(ji)和(he)實(shi)心(xin)銅(tong)線(xian)連(lian)接(jie)到(dao)傳(chuan)動(dong)的(de)速(su)度(du)選(xuan)擇(ze)杠(gang)杆(gan)來(lai)實(shi)現(xian)的(de)。  
　　雖然這支隊伍在First參賽曆史上還從未遇到過CIM馬達出錯的情況
，但隊員們非常清楚，光靠DeWalt裝置不足以確保PHunky不bu會hui因yin為wei馬ma達da故gu障zhang而er成cheng為wei對dui手shou的de獵lie物wu。他ta們men需xu要yao有you兩liang個ge馬ma達da給gei機ji器qi人ren的de兩liang端duan提ti供gong動dong力li

，就jiu算suan有you一yi個ge出chu現xian故gu障zhang，其qi對dui應ying的de一yi端duan也ye能neng隨sui著zhe另ling一yi端duan馬ma達da向xiang前qian移yi動dong。  
　　帶著這種想法，隊員們決定采用這樣一個係統：將中輪軸上的兩個鏈輪齒通過底盤內的一個25號鏈條連到前軸和後軸，由兩端的兩個馬達給底盤外部的中輪和後輪輸送動力。  
　　而負責控製功能的團隊
，則將其重點放在機器人的功能實現方麵：雙(shuang)關(guan)節(jie)的(de)機(ji)器(qi)臂(bi)和(he)操(cao)控(kong)器(qi)。在(zai)開(kai)發(fa)和(he)最(zui)初(chu)測(ce)試(shi)的(de)階(jie)段(duan)，控(kong)製(zhi)團(tuan)隊(dui)利(li)用(yong)簡(jian)單(dan)的(de)操(cao)縱(zong)杆(gan)來(lai)操(cao)控(kong)機(ji)器(qi)臂(bi)的(de)動(dong)作(zuo)，一(yi)個(ge)操(cao)縱(zong)杆(gan)控(kong)製(zhi)一(yi)個(ge)關(guan)節(jie)。然(ran)而(er)，雖(sui)然(ran)這(zhe)樣(yang)可(ke)以(yi)精(jing)確(que)控(kong)製(zhi)機(ji)器(qi)臂(bi)，但(dan)機(ji)器(qi)人(ren)操(cao)作(zuo)員(yuan)發(fa)現(xian)這(zhe)樣(yang)做(zuo)是(shi)很(hen)愚(yu)蠢(chun)的(de)。在(zai)實(shi)際(ji)操(cao)作(zuo)中(zhong)
，操(cao)作(zuo)員(yuan)曾(zeng)經(jing)意(yi)外(wai)地(di)將(jiang)機(ji)器(qi)臂(bi)操(cao)控(kong)到(dao)地(di)上(shang)，還(hai)導(dao)致(zhi)齒(chi)條(tiao)反(fan)轉(zhuan)，因(yin)而(er)損(sun)壞(huai)了(le)機(ji)器(qi)臂(bi)。  
　　他們很快開發了一套用於機器人操作員的新控製係統
，並按照最先提出這一創意的Lewis的名字，將之取名為Lewis Arm。Lewis Arm是依照真實雙關節機器臂製作的1/6大小的模型
，關節上裝有電位計。（由於競賽要求的控製係統帶來的硬件限製
，電位計被用來替換數字編碼器。）  
　　隊員們將相似的電位計安裝在真實的機器人關節上，並校準兩個係統上的電位計，讓Lewis Arm上的某個位置和真實機器臂上的一個位置對應上。隨後讓操作員以模仿方式操縱機器人
，給控製臂“擺姿態”使得機器臂移動到同樣的位置。隊員們在Lewis Arm上添加機械終止，使之不會讓真實機器臂收到任何損壞。使用Lewis Arm比操縱杆更為直觀。  
　　機ji器qi臂bi控kong製zhi算suan法fa的de編bian寫xie和he測ce試shi要yao更geng為wei複fu雜za一yi些xie。還hai有you四si天tian就jiu要yao提ti交jiao作zuo品pin了le

，機ji器qi臂bi已yi經jing被bei安an裝zhuang在zai機ji器qi人ren上shang，隊dui員yuan們men不bu能neng在zai機ji器qi人ren身shen上shang過guo多duo地di測ce試shi機ji器qi臂bi控kong製zhi算suan法fa
，因yin為wei它ta在zai一yi直zhi不bu停ting地di被bei折zhe騰teng。由you於yu測ce試shi讓rang所suo有you工gong作zuo都dou被bei迫po停ting止zhi，測ce試shi不bu能neng長chang時shi間jian進jin行xing，因yin為wei這zhe樣yang會hui導dao致zhi他ta們men無wu法fa按an時shi完wan成cheng機ji器qi人ren的de製zhi作zuo。 

Purple Haze團隊以及Lewis Arm控製機構

　　控製團隊隨後采用NI公司所提供套件中的LabView圖形編程語言
，來開發一個用於測試算法的簡單的仿真工作台。利用這個工具，隊員們發明了一個“虛擬機器臂”來創建並調節機器臂控製算法。隊員們采用LabView公式節點開發出算法 － 這是一種利用C類語言來在LabViewzhongpingguhekaifajiyushuxuedeyuanwensuanfadefangfa。yinci，yidandaimabianxiewancheng
，duiyuanmenkeyijiangzhifuzhidaojiqirenziyuandaimazhong，bingcachusuoyouyuanlaidedaima。  
　　PHunky的控製係統還利用LabView來對機器人的特征和隨時狀態進行圖形化展示。利用來自機器臂和控製臂上的電位計的數據，LabView以圖形方式展示真實機器臂的實時位置以及Lewis Arm的位置。這一方案可以快速診斷出任何問題。  
　　LabView還會根據電位計的讀數和機器臂的物理特征

，進行複雜的集合計算來提供關於機器臂的更多信息，例如當前的高度和位置（這一點賽事要求的控製係統是很難做到的）。  
　　操cao作zuo員yuan不bu能neng總zong是shi將jiang眼yan光guang停ting留liu在zai裝zhuang載zai於yu控kong製zhi係xi統tong上shang的de筆bi記ji本ben上shang。為wei了le提ti供gong另ling一yi個ge視shi覺jiao指zhi示shi，隊dui員yuan們men在zai機ji器qi人ren操cao作zuo員yuan的de視shi力li區qu域yu內nei安an裝zhuang了le一yi個ge定ding製zhi型xing的de光guang棒bang，在zai機ji器qi臂bi到dao位wei時shi作zuo出chu指zhi示shi，來lai在zai某mou個ge指zhi定ding齒chi條tiao水shui平ping上shang得de分fen。LabView和國家儀器公司的一款USB-6009型數據采集設備通訊
，來控製安裝在光棒上的自動型LED。  
　　PHunky的機器臂是由賽會所提供的兩個Fisher-Price馬達來供給動力的。隊員們發現在提取24A的電流達數秒鍾後
，馬達內置的一個熱關斷開關會將操作停止，直到其足夠冷卻並重置。但是機器臂卻會一直失效。  

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　　隊員們的第一個想法
，是執行可以在電流達到24A之後讓機器人關節短時間失效的代碼。但是，這樣做會讓機器臂在最需要其動作時很難控製，而隊員們發現，如果能讓機器臂在“危險區域”運行哪怕幾秒鍾的時間，都可以極大提高得分能力。因此，隊員們利用Labview來監控電流感應器
，並在電流到達危險數值時以圖形方式向操作員發出警報。  
　　在2007年的First Lone Star休斯頓區域競賽中
，418號參賽隊向評委們提交了這一作品，獲得了控製方案創新獎。  
　　人機工程學和自適應  
　　製作了PHunkyzhihou
，jiqirencaozuoyuanrenshidaotamenxuyaojiujiqirenbeitaizhihetaichuchangdidefangfayijihuanchongqifujiadefangfacaiquxiecuoshi。zaijiudefujiaxitongzhong，huanchongqibeigudingdaodipanshang，huiyouyujiqirenzaidikengxingchangdihuafeideguoduoshijianerdaozhiwenti。zaibisaideduanshijianzhong，dangxiaolvchengweizhongyaoyinsushi，zheyangdeyanchishiwufajieshoude。  
　　此外
，PHunky並未被設計成一個電機工程學類機器人。隊員們必須常常握住輪子把機器人抬起來，導致不必要的彎曲。當418號隊伍準備設計Zephyr開始2008賽季時
，所有這些因素都是其所要考慮的主要問題。  
　　他(ta)們(men)的(de)方(fang)案(an)是(shi)，采(cai)用(yong)一(yi)個(ge)可(ke)滑(hua)動(dong)到(dao)底(di)盤(pan)鋁(lv)框(kuang)架(jia)內(nei)的(de)支(zhi)架(jia)，利(li)用(yong)螺(luo)絲(si)眼(yan)來(lai)依(yi)附(fu)在(zai)上(shang)麵(mian)。除(chu)了(le)讓(rang)緩(huan)衝(chong)器(qi)的(de)移(yi)除(chu)變(bian)得(de)簡(jian)單(dan)，這(zhe)個(ge)設(she)計(ji)方(fang)案(an)還(hai)讓(rang)隊(dui)員(yuan)們(men)能(neng)通(tong)過(guo)“夾鉤”來利用另一種新的開發方式。  
　　youyuzhegejiandandeshejigaibian
，duiyuanmenjiangjiqirenbandaohuobanchuchangdidexiaolvtigaole，kongchuleyiduansuibuchangdanzhiguanzhongyaodeweixiushijian。duiyuanmenkeyikuaisuyichuqianhouhuanchongqi，bingnengzaifanhuidikengxingchangdihoujihulikekaishicaozuo。  
　　2008 First機器人賽季“Overside”為那些能在15秒的自適應模式中高效得分的參賽隊提供了豐厚獎金。2007年，418號隊成員決定放棄自適應模式，但在2008年，隊員們感覺有必要參加自適應模式比賽了。由於自適應操縱模式時間較短，隊員們選擇繞著軌道跑圈來獲得盡可能多的分數。  
　　機(ji)器(qi)人(ren)必(bi)須(xu)自(zi)己(ji)確(que)認(ren)在(zai)場(chang)地(di)上(shang)的(de)位(wei)置(zhi)
，以(yi)及(ji)何(he)時(shi)左(zuo)轉(zhuan)。為(wei)了(le)實(shi)現(xian)這(zhe)一(yi)點(dian)
，隊(dui)員(yuan)們(men)在(zai)驅(qu)動(dong)係(xi)統(tong)上(shang)安(an)裝(zhuang)了(le)編(bian)碼(ma)器(qi)，根(gen)據(ju)輪(lun)子(zi)轉(zhuan)動(dong)的(de)圈(quan)數(shu)來(lai)計(ji)算(suan)運(yun)行(xing)的(de)距(ju)離(li)。他(ta)們(men)采(cai)用(yong)一(yi)個(ge)回(hui)轉(zhuan)儀(yi)來(lai)確(que)認(ren)機(ji)器(qi)人(ren)的(de)方(fang)向(xiang)，並(bing)確(que)認(ren)其(qi)是(shi)否(fou)在(zai)運(yun)行(xing)一(yi)段(duan)預(yu)定(ding)距(ju)離(li)後(hou)已(yi)轉(zhuan)彎(wan)90度。隻要掌握了輪子的周長和機器人運行的速度，該係統可快速並精確校準。  
　　LASA隊已經在展望First的2009年賽季
，計劃采用國家儀器公司的新型控製係統來構建一個新的機器人。

完整的機器人及其底盤