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First機(ji)器(qi)人(ren)大(da)賽(sai)的(de)隊(dui)伍(wu)必(bi)須(xu)在(zai)六(liu)周(zhou)內(nei)完(wan)成(cheng)設(she)計(ji)並(bing)建(jian)造(zao)一(yi)個(ge)機(ji)器(qi)人(ren)，所(suo)以(yi)他(ta)們(men)必(bi)須(xu)擅(shan)長(chang)積(ji)極(ji)高(gao)效(xiao)的(de)設(she)計(ji)
，並(bing)且(qie)要(yao)準(zhun)備(bei)好(hao)克(ke)服(fu)比(bi)賽(sai)過(guo)程(cheng)中(zhong)可(ke)能(neng)出(chu)現(xian)的(de)任(ren)何(he)問(wen)題(ti)。來(lai)自(zi)德(de)州(zhou)奧(ao)斯(si)丁(ding)市(shi)文(wen)理(li)學(xue)院(yuan)（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。LASAduitongguozaiyigeshuangzhoushukongjichuangshangzhizuodedingzhixinganzhuangban
，shimadahechuandongshixianpipei。erzhuanhuanzeshitongguojiangsifujiheshixintongxianlianjiedaochuandongdesuduxuanzegangganlaishixiande。  
　　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：shuangguanjiedejiqibihecaokongqi。zaikaifahezuichuceshidejieduan
，kongzhituanduiliyongjiandandecaozongganlaicaokongjiqibidedongzuo，yigecaozonggankongzhiyigeguanjie。raner，suiranzheyangkeyijingquekongzhijiqibi

，danjiqirencaozuoyuanfaxianzheyangzuoshihenyuchunde。zaishijicaozuozhong，caozuoyuanzengjingyiwaidijiangjiqibicaokongdaodishang，haidaozhichitiaofanzhuan
，yinersunhuailejiqibi。  
　　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。  
　　jiqibikongzhisuanfadebianxieheceshiyaogengweifuzayixie。haiyousitianjiuyaotijiaozuopinle，jiqibiyijingbeianzhuangzaijiqirenshang
，duiyuanmenbunengzaijiqirenshenshangguoduodiceshijiqibikongzhisuanfa，yinweitazaiyizhibutingdibeizheteng。youyuceshirangsuoyougongzuodoubeipotingzhi，ceshibunengchangshijianjinxing，yinweizheyanghuidaozhitamenwufaanshiwanchengjiqirendezhizuo。 

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LabView中(zhong)評(ping)估(gu)和(he)開(kai)發(fa)基(ji)於(yu)數(shu)學(xue)的(de)原(yuan)文(wen)算(suan)法(fa)的(de)方(fang)法(fa)。因(yin)此(ci)，一(yi)旦(dan)代(dai)碼(ma)編(bian)寫(xie)完(wan)成(cheng)，隊(dui)員(yuan)們(men)可(ke)以(yi)將(jiang)之(zhi)複(fu)製(zhi)到(dao)機(ji)器(qi)人(ren)資(zi)源(yuan)代(dai)碼(ma)中(zhong)

，並(bing)擦(ca)除(chu)所(suo)有(you)原(yuan)來(lai)的(de)代(dai)碼(ma)。  
　　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PHunky之zhi後hou，機ji器qi人ren操cao作zuo員yuan認ren識shi到dao他ta們men需xu要yao就jiu機ji器qi人ren被bei抬tai至zhi和he抬tai出chu場chang地di的de方fang法fa以yi及ji緩huan衝chong器qi附fu加jia的de方fang法fa采cai取qu些xie措cuo施shi。在zai舊jiu的de附fu加jia係xi統tong中zhong，緩huan衝chong器qi被bei固gu定ding到dao底di盤pan上shang，會hui由you於yu機ji器qi人ren在zai低di坑keng型xing場chang地di花hua費fei的de過guo多duo時shi間jian而er導dao致zhi問wen題ti。在zai比bi賽sai的de短duan時shi間jian中zhong，當dang效xiao率lv成cheng為wei重zhong要yao因yin素su時shi，這zhe樣yang的de延yan遲chi是shi無wu法fa接jie受shou的de。  
　　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。  
　　tamendefanganshi，caiyongyigekehuadongdaodipanlvkuangjianeidezhijia，liyongluosiyanlaiyifuzaishangmian。chuleranghuanchongqideyichubiandejiandan，zhegeshejifanganhairangduiyuanmennengtongguo“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。  
　　jiqirenbixuzijiquerenzaichangdishangdeweizhi
，yijiheshizuozhuan。weileshixianzheyidian，duiyuanmenzaiqudongxitongshanganzhuanglebianmaqi，genjulunzizhuandongdequanshulaijisuanyunxingdejuli。tamencaiyongyigehuizhuanyilaiquerenjiqirendefangxiang，bingquerenqishifouzaiyunxingyiduanyudingjulihouyizhuanwan90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