机械臂是让许多准备备赛工训的小白，望而却步的东西。因为没接触过机械臂，所以感觉这东西多么多么滴高级。此文将从工训搬运任务出发，带着大家对机械臂的连续运动进行拆解，并梳理出机械臂的动作顺序，把看似高深莫测的连续运动拆分为一个个动作组。看完此文，大家就会发现工训赛对机械臂的要求不高，并且机械臂的调试就像工地搬砖一样，简单而枯燥。

竞赛官网： 2021年中国大学生工程实践与创新能力大赛

此文只是介绍了基本的动作组拟定与梳理，如果对于后续的动作组顺序计算、功能函数封装，可阅读下面的文章：

一个动作组：机械臂通过一系列动作所完成的功能性的动作，称为本文提及的动作组。比如：机械臂由折叠状态恢复至正常展开状态为一个动作组，机械臂将一个物体由A点移动至B点也为一个动作组，可参考下面的动图。“一个动作组”这个概念的提出，是为了便于后续文章的描述。

在进行机械臂动作组讨论时，有如下前提条件：

1）我们的openmv安装于机械臂上，故在二维码区和原料区都需要机械臂的动作调整（openmv装车上时便不需要）；2）下层物料码垛于上层物料上（半成品区）；3）粗加工区、半成品区的色环顺序一致（顺时针）。各前提条件的具体体现，将在下文中提及。

比赛开始前，小车上的机械臂为折叠状态；比赛开始，机械臂需自行由折叠状态展开；到达二维码区，识别二维码需有一个动作组；小车移动至原料区，仍需一个识别物料的动作组；识别完物料，便是对物料的抓取与放置。

机械臂将从原料区依次抓取上层物料至储料槽；待小车移动至粗加工区，机械臂将依次将物料放置至粗加工区色环；然后，机械臂再依次将粗加工区的物料抓取至储物槽；小车移动至半成品区，机械臂再将物料放置于半成品区色环；而后小车返回原料区，抓取下层物料并重复上述动作，直到再次来到半成品区；小车第二次来到半成品区，机械臂需将物料码垛至上层物料上。

核心点：机械臂需要按照任务码的顺序进行物料的抓取。

① 基本（3个动作组）

② 原料区上层到储物槽的动作顺序～此文核心内容（上下层共需9个动作组）

提出讨论点：抓取的物料如何放置于三个储物槽中？是否需要遵循某种顺序？

为了减少动作组，我们采取的方式：如下图所示，以小车为中心，沿顺时针方向，物料在储物槽上的放置顺序与粗加工区、半成品区的色环顺序保持一致；小车移动至粗加工区时，只需按照任务码顺序，将位置123的物料移动至对应的位置123即可。

基于上述的抓取与放置方式，可知机械臂在原料区时，【抓取货架上的物料时需遵循任务码顺序，放置到储物槽时需遵循色环的顺序】。以上层物料为例，为完成抓取与放置的动作，机械臂首先得从上层物料的三个位置之一抓一个物料，然后放到储物槽的三个位置之一。

方案一～三个位置的抓取动作组+三个位置的放置动作组

即，上层货架—>中立位置—>储物槽。需要调试共计六组动作组，包括机械臂运动到上层物料所处的位置（左中右）并抓取物料至中立位置的动作组*3，机械臂由中立位置（左中右）将物料放置于储料槽的动作组*3。

上述左中右三个位置是以小车为中心，顺时针方向判断而得。而所谓中立位置，就是考虑到机械臂不同动作组衔接效果后，选取的一个中间位置。机械臂需要多个中间位置，其从中间位置出发，执行一定的动作组后，又返回中间位置，以便执行下次动作组时更加丝滑。

动作组调试好后，便需加入程序逻辑判断。具体：首先依据任务码及相关信息，解算出机械臂应该执行对应于上层物料的左中右三个位置中的哪一个动作组？随后，将目标物料抓取至中立位置。然后，再依据色环顺序及相关信息，解算出机械臂应该将目标物料从中立位置放置到储物槽左中右哪一个位置？以上执行结束后，机械臂便成功完成一个物料的抓取与放置，并按照相同逻辑进行第二个第三个物料的抓取放置。

方案二～3*3=9个抓取放置动作组

相较于方案一，方案二更加简单粗暴，即考虑所有情况直接调试出9组动作组，而非方案一的动作组组合。具体：依据任务码及色环顺序解算出机械臂需先后执行的动作组序号，然后依次执行。

我个人更倾向于方案一，这样可大量减少需要调试的动作组。当采用方案一时，搬运上层物料时需要调试6组动作组；而搬运下层物料时，只需增加3组下层抓取动作组即可；也就是共需要9组动作组，其中的3组放置动作组上下层共用。而采取方案二时，则需要9+9共计18组动作组，非常繁琐。

③ 粗加工区的放置与抓取顺序～三个放置动作组+三个抓取动作组（上下层只需6个动作组）

得益于之前采取的“物料放至储物槽的位置遵循色环顺序”，后续的搬运任务皆只需将物料从左中右位置搬运到对应的左中右位置（顺时针）。只需根据任务码顺序，调用机械臂对应的动作组即可。如机械臂在执行将上层物料搬运至半成品区色环的任务时，只需按照上层任务码顺序，依次将对应位置的物料搬运过去即可，而抓取同理。

因为上层物料和下层物料在粗加工区的抓取与放置仅有顺序差别，故只需6组动作组。

④ 半成品区的放置～三个放置动作组（上下层共需6个动作组）

同粗加工区，物料的放置只需三个动作组。但因为采取码垛，故下层物料放置的动作组与上层物料放置动作组不同，各需3个动作组。

在前文基础上，对任务顺序及机械臂所需动作组进行整理，可得下表。如表所示，共需调试2+9+6+6+1=21个动作组，即可实现物料小车搬运赛项中机械臂的所有动作。

如表中所示，将上述动作组封装为函数形式后，只需调用对应函数，就可控制机械臂执行对应功能的一系列动作组。以我们比赛时的程序为例，共计编写了2+3+2+2+1共计10个封装函数，其中基础功能函数两个、原料区功能函数三个、粗加工区功能函数两个、半成品区功能函数一个，以及一个搬运结束后控制机械臂收缩的附加动作组。

函数封装好后，只需在主程序中插入对应函数即可。其中，对于原料区、初加工区和半成品区的抓取与放置性函数，其实还存在一个动作组执行顺序的问题。 我们当时采取的方式为，在openmv识别完物料放置位置并发送给主控之后，主控将结合任务码，解算出上述函数中涉及的所有顺序，并将这些顺序使用变量保存起来。 比如，当主控板执行原料区的上层物料抓取功能函数时，该函数将先对储存任务码信息的变量内容进行逻辑判断，并得出对应的动作组执行顺序，而后调用机械臂依次执行动作组，其他功能函数同理。

此外，对于动作顺序的具体计算，参考下面的文章。

我目前已经把知乎上关于工训的文章都重新整理并发布在了微信【Poao】上，如果大家更喜欢在微信上面阅读，可以关注一下~工训整理的诸多资料也可以下上面下载。

搬运小车方案总述：Poao：2021-工训搬运机器人-搬运小车方案简述

机械臂及其他选型设计：Poao：2021-工训备赛经验-器件选型及设计杂谈

常见备赛问题：Poao：2021天津赛区-工程训练大赛-搬运机器人赛项杂谈

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