武術(shù)擂臺機器人設(shè)計報告說明書

1、BIPT機器人技術(shù)專業(yè)綜合訓(xùn)練-基于“創(chuàng)意之星”模塊化機器人的武術(shù)擂臺賽機器人設(shè)計 武術(shù)擂臺機器人 課程設(shè)計報告說明書班級：組長： 組員：摘 要 在社會不斷發(fā)展的今天，人們越發(fā)的認識到了機器人技術(shù)的重要性，促使著機器人技術(shù)在不斷地改革和創(chuàng)新當(dāng)中，機器人的應(yīng)用也在各個領(lǐng)域取得了重大進步，增加了可操作性和實際性。而在運動時也不僅限于單一操控，機器人的技術(shù)在一步步往前進的同時，對于其在執(zhí)行命令時的技術(shù)性擁有了更高的要求，運動的實時性和可靠性也在逐漸增加。 目前，中國很多高等院校及公司都在不同領(lǐng)域研發(fā)機器人，例如足球機器人，勘測機器人，醫(yī)療救護機器人等等，人們開始認識到了在機器人領(lǐng)域有著很大的發(fā)展空間

2、，而同時期的機器人比賽更是絡(luò)繹不絕，而我們所設(shè)計的則是一款武術(shù)擂臺賽的機器人。 本文是通過對創(chuàng)博公司旗下的創(chuàng)意之星武術(shù)擂臺機器人的說明書，相關(guān)學(xué)習(xí)材料，自己拼裝出的防守型武術(shù)擂臺機器人，它能夠自動檢測武術(shù)擂臺邊緣，發(fā)現(xiàn)敵方以及定位的武術(shù)擂臺機器人，采用了紅外傳感器，灰度傳感器和紅外測距傳感器組成了一個集環(huán)境感應(yīng)，動態(tài)決策與規(guī)劃，行為控制與執(zhí)行等多種功能于一體的綜合系統(tǒng)，采用C語言進行運動程序的編寫，最終實現(xiàn)一個能夠參加武術(shù)擂臺機器人比賽的成品。關(guān)鍵詞：擂臺機器人，控制系統(tǒng)，創(chuàng)意之星，MultiFlex任務(wù)分配： 組長：張文帥負責(zé)仿真。 組員：趙義界負責(zé)UG機器人模型繪畫。 郭利軍負責(zé)控制程序。

3、 周豐負責(zé)機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計。 總體設(shè)計通過全員多次探索討論，許多細節(jié)多次推敲合作完成本次設(shè)計。 AbstractContinuous development of society today, people are more and more aware of the importance of robotics, prompting robotics, robots are used in various fields have made significant progress in reform and innovation which increase the operability a

4、nd. Exercise is not limited to a single manipulation robot technology in a step-by-step to move forward while the technical execute commands have higher requirements, real-time and reliability of the movement is also gradually increasing.Currently, many Chinese universities and corporate research an

5、d development in different areas. Robots, such as soccer robots, surveying robot, medical aid, robots and so on, people began to recognize that much room for development in the field of robotics, and the same period of the robot competition. is a constant stream, and we designed a martial arts robot

6、 Challenge Cup.This article is by the companys Chuangbo creative Star Martial Arts Challenge robot instructions, relevant learning material, he assembled a defensive martial arts ring robot, it can automatically detect the edge of the martial arts arena, found the enemy, as well as the positioning o

7、f the martial arts arena robotcomposed of a set of environmental sensors using infrared sensors, grayscale sensors and infrared range sensors, dynamic decision-making and planning, behavior control and execution of a variety of functions in an integrated system, the sports program written using C la

8、nguage, and ultimatelyone to participate in the Martial Arts Challenge robot race finished.Keywords: ring robot control system, Creative Star, MultiFlex目錄第一章 緒論61.1課題背景6 1.2國內(nèi)外武術(shù)擂臺機器人發(fā)展現(xiàn)狀61.2.1國外機器人競賽的發(fā)展現(xiàn)狀6 1.2.2國內(nèi)機器人競賽的發(fā)展現(xiàn)狀71.3武術(shù)擂臺比賽規(guī)則簡介81.3.1機器人擂臺賽場地介紹8 1.3.2競賽方式81.3.3勝負判定9 1.4本文研究的主要內(nèi)容9第二章 擂臺機器人總

9、體設(shè)計方案11 2.1基本內(nèi)容和問題11 2.2總體的設(shè)計方案及步驟11第三章 擂臺機器人機械結(jié)構(gòu)設(shè)計13 3.1直流電機選型分析13 3.2機器人驅(qū)動芯片的選擇14 3.3機器人檢測結(jié)構(gòu)的設(shè)計15 3.4機器人控制卡及電池設(shè)計18 3.5機器人整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計18第四章 擂臺機器人控制系統(tǒng)22 4.1機器人控制卡的選擇22 4.2流程圖25 4.3控制程序源代碼25第五章 Adams仿真 33 5.1Adams 主要模塊33 5.2UG與ADAMS的接口33 5.3Adams 運動仿真結(jié)果33第六章 總結(jié)與展望356.1總結(jié)356.2對進一步的展望35參考文獻36 第一章 緒論1.1 課題背景

10、機器人技術(shù)集機械、電子、材料、計算機、傳感器、控制等多門學(xué)科于一體，是國家高科技實力和發(fā)展水平的重要標志。機器人技術(shù)作為20世紀人類最偉大的發(fā)明之一，自60年代初問世以來，經(jīng)歷40年的發(fā)展已取得長足的進步。工業(yè)機器人在經(jīng)歷了誕生成長成熟期后，已成為制造業(yè)中不可少的核心裝備，世界上有約75萬臺工業(yè)機器人正與工人朋友并肩戰(zhàn)斗在各條戰(zhàn)線上。特種機器人作為機器人家族的后起之秀，由于其用途廣泛而大有后來居上之勢，仿人形機器人、農(nóng)業(yè)機器人、服務(wù)機器人、水下機器人、醫(yī)療機器人、軍用機器人、娛樂機器人等各種用途的特種機器人紛紛面世，而且正以飛快的速度向?qū)嵱没~進。1.2 國內(nèi)外武術(shù)擂臺機器人發(fā)展現(xiàn)狀機器人學(xué)的

11、進步和應(yīng)用是20 世紀自動控制最有說服力的成就，是當(dāng)代最高意義上的自動化。機器人綜合的多科學(xué)的發(fā)展成果，代表的高技術(shù)的發(fā)展前沿，他在人類的應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴大引起國際上重新認識機器人技術(shù)的作用和影響。它有三個特點：一個是有類人的功能，比如說作業(yè)功能，感知功能，行走功能，還能完成各種動作，它還有一個特點是根據(jù)人的編程能自動的工作，這里一個顯著的特點，就是它可以編程，改變它的工作的對象，和工作的一些要求它是人造的機器或機械電子裝置。隨著機器人技術(shù)的飛速發(fā)展，機器人競技運動在世界各地蓬勃興起，目前我國正掀起一股機器人競賽的熱潮。創(chuàng)新是我國大學(xué)生的精髓，參賽機器人都要從概念設(shè)計入手，經(jīng)歷設(shè)計、制作、調(diào)試

12、，改進等過程最終選出最優(yōu)方案參加比賽，通過此項賽事大學(xué)生的創(chuàng)造熱情得到充分發(fā)揮創(chuàng)造思維和動手能力得到鍛煉的培養(yǎng)。1.2.1 國外武術(shù)擂臺機器人發(fā)展現(xiàn)狀機器人大擂臺是由英國TNN電視臺發(fā)起組織的世界上規(guī)模最大的科普類游戲節(jié)目11年前在英國電視臺首次公演。目前他的搏斗系列已經(jīng)覆蓋了全球27個國家：包括英國、美國、瑞典、意大利、荷蘭。至今已經(jīng)舉辦了4屆。參賽者設(shè)計并制造無線電控制的戰(zhàn)斗機器以角斗士的方式進行戰(zhàn)斗，看誰的機器人更勝一籌。競爭者以來于他們閃電般快速的反應(yīng)和驅(qū)動能力，以及他們對于機器人充滿想象力和有效性的設(shè)計來擊敗對手。機器人之間不僅相互之間戰(zhàn)斗，并且他們還要與主機器人周旋。這些主機器人在

13、場上巡邏，摧毀并分解任何已無行為能力或不幸迷失在絕境中的機器人。在最終比賽中機器人在格斗場上相互格斗，直到其中一個機器人被擊敗，如果出現(xiàn)平局，專家委員會將根據(jù)以下四條標準，決定哪個機器人取得勝利。四個標準分別為：1 破壞程度2戰(zhàn)斗風(fēng)格3攻擊性4. 控制。從1954 年美國人Devol 頒布工業(yè)機器人專利至今已經(jīng)半個世紀了。它的成長歷程印證了這樣的論斷，機器人是20 世紀人類的偉大發(fā)明。機器人學(xué)的進步和應(yīng)用是20 世紀自動控制最有說服力的成就，是當(dāng)代最高意義的自動化。機器人技術(shù)將筑起21 世紀人類新的“長城”。1.2.2 國內(nèi)武術(shù)擂臺機器人機競賽發(fā)展現(xiàn)狀中國機器人大賽暨RoboCup公開賽是中國

14、最具影響力，最權(quán)威的機器人技術(shù)大賽、學(xué)術(shù)大會和展覽，大賽從1999年開始已舉辦了九屆北京、上海、廣州、合肥、蘇州、濟南等地成功舉辦了歷屆大賽。中國的武術(shù)機器人擂臺賽是從2008年12月在廣東中山市舉辦的2008中國機器人大賽暨RoboCup公開賽開始舉行的新比賽項目，而第一次舉辦就吸引了全國高校的13個隊伍的激烈競爭。在比賽中機器人的穩(wěn)定性是實施各種策略的前提，倘若自身存在如出界，犯規(guī)等隱患，那么有效的策略組合便無從談起了。縱觀賽場，成績好的隊伍穩(wěn)定性都是過硬的。機器人的穩(wěn)定性可以從如下幾個方面進行闡述。 傳感器的穩(wěn)定，精準穩(wěn)定的傳感器系統(tǒng)是正確決策的前提。在武術(shù)擂臺賽中傳感器是機器人獲取外部

15、信息的唯一途徑其重要性好比是人的五官。常用的傳感器有：陀螺儀、光電碼盤、接近開關(guān)、接觸開關(guān)、超聲波測距儀、反射式紅外傳感器等、紅度、灰度傳感器等。巧妙的傳感器設(shè)計能極大提高機器人的性能。比如灰度、紅度傳感器可以告訴機器人它與中心位置的相對位置，再如用接近開關(guān)檢測敵人相對自己的位置，進而做出不同的后續(xù)動作，可以使機器人擁有更高的智能性。 內(nèi)部通訊的穩(wěn)定性，電路系統(tǒng)按照功能劃分為多個模塊，各模塊之間內(nèi)部通信的穩(wěn)定性便成了一個不可忽略的問題。所以首當(dāng)其沖的要求是低出錯率甚至零出錯率，尤其在是關(guān)鍵數(shù)據(jù)的傳本項大賽吸引了中國現(xiàn)有最頂級的機器人專家和日本、美國、德國眾多知名機器人學(xué)者參與是當(dāng)今中國、乃至亞

16、洲機器人尖端技術(shù)產(chǎn)業(yè)競賽和國際頂尖人才匯集的活動之一。國家科技部、科協(xié)、科學(xué)院、工程院、教育部、中國高等教育學(xué)會、中國自動化學(xué)會、國家863機器人專家組、國家863先進制造與自動化技術(shù)領(lǐng)域等7 武術(shù)擂臺攻擊型機器人機械結(jié)構(gòu)設(shè)計 眾多權(quán)威專家、院士和領(lǐng)導(dǎo)參會。本屆大會有來自美英德日、新加坡等和港澳臺地區(qū)的416支隊伍參賽。 圖1-1 各種機器人1.3 武術(shù)擂臺機器人比賽規(guī)則簡介1.3.1 比賽場地 圖1-2比賽場地1.3.2 競賽方式1）機器人出發(fā)地點：比賽開始前，各方參賽機器人應(yīng)該位于比賽場地旁邊各自的出發(fā)區(qū)。 2） 先采用淘汰賽方式，四支隊抽簽分為兩組，勝出兩組進入第二輪比賽；第二輪采用單循

17、環(huán)比賽方式。（每場比賽一局決勝負，每局時間兩分鐘）3）比賽前雙方隊員需舉手示意機器人已經(jīng)準備好。開始后不能再觸碰機器人，否則將被判本局負。 4）每局比賽時間不超過2分鐘。比賽時間結(jié)束后，裁判員發(fā)出比賽結(jié)束指令。雙方參賽隊員在聽到比賽結(jié)束指令后停止機器人。 5）在比賽過程中，一方的機器人出現(xiàn)無法自動恢復(fù)的故障、無法繼續(xù)行動（例如翻倒后無法繼續(xù)行動）、起火或者其它裁判員認為可能有危險的行為的，裁判員可以宣布中止本局比賽，并判本局比賽對方獲勝。 6）在比賽過程中，雙方機器人交纏在一起或處于僵持狀態(tài)超過10秒鐘，裁判員可以自由裁定，選擇讓雙方機器人重新開始比賽，也可以讓比賽繼續(xù)。 7）比賽過程不允許暫

18、停，除非裁判員認為不停止比賽將會危害現(xiàn)場安全或者造成事故。1.3.3 勝負判定1）獲勝： a)一方機器人離開擂臺區(qū)域或者機器人的任意部分接觸擂臺外區(qū)域，則另一方獲勝，本局比賽結(jié)束。 b) 一方機器人翻倒、損壞或者由于其他原因無法繼續(xù)行動，裁判員將開始讀秒。10秒鐘內(nèi)無法恢復(fù)的，則另一方獲勝，本局比賽結(jié)束。 c) 比賽時間結(jié)束后雙方均未離開擂臺且都能正常行動，離中心近的獲勝，本局比賽結(jié)束。 2）平局： a) 雙方在推擠過程中糾纏地離開擂臺，則雙方計為平局。 1.4 本文研究的主要內(nèi)容本文主要研究武術(shù)擂臺機器人的整體結(jié)構(gòu).在理論上和實際應(yīng)用上盡可能的使機器人實現(xiàn)高靈活的運動狀態(tài)。根據(jù)比賽規(guī)則和以往

19、的經(jīng)驗.提出結(jié)構(gòu)設(shè)計方案 .設(shè)計武術(shù)擂臺機器人的結(jié)構(gòu)。機器人各部分設(shè)計包括攻擊部分、驅(qū)動部分、檢測部分.三部分對機器人設(shè)計都是至關(guān)重要的。設(shè)計碉堡外殼的結(jié)構(gòu).以致能使機器人的防御力加強。選擇合適電機.使機器人的運行狀態(tài)良好.比較靈敏的傳感器是機器人運行起來比較靈活。對機器人進行結(jié)構(gòu)設(shè)計.確定了機器人的整體布局.設(shè)計了機器人的主要活動部件、外殼、電機和輪子。針對距離、位置及黑心等的測試.選擇了紅外傳感器。選擇由博創(chuàng)科技公司提供的各種零件.對機器人進行搭建.并且對機器人運動狀態(tài)進行測試和分析.以及為了達到更好的狀態(tài).對機器人測試中的不足之處進行改進。第二章 擂臺機器人總體設(shè)計方案2.1 基本內(nèi)容和

20、問題根據(jù)機器人武術(shù)擂臺的競賽規(guī)則，以博創(chuàng)公司生產(chǎn)的創(chuàng)意之星機器人控制卡為基礎(chǔ)設(shè)計可應(yīng)用于RoboCup機器人大賽機器人武術(shù)擂臺賽的攻擊型機器人的行為策略。設(shè)計具有競爭力的總體比賽方案。在比賽時在進攻、防守、找中心時機器人用何種速度和方式行進設(shè)計控制系統(tǒng)和比賽程序。在用“創(chuàng)意之星”模塊化教學(xué)機器人套件搭建的機器人上進行調(diào)試根據(jù)問題進行進一步的完善以提高其競爭力,使它能真正用在機器人武術(shù)擂臺賽。2.2 總體的設(shè)計方案及步驟（1） 閱讀相關(guān)的機器人、傳感器等文獻，提出要研究的問題，并對要設(shè)計對象進行分析。 （2） 研究設(shè)計，構(gòu)建研究課題的理論模型，研究現(xiàn)有武術(shù)擂臺機器人的機 械結(jié)構(gòu)特性、控制系統(tǒng)特性

21、的理論及有關(guān)技術(shù)。（3）在理論成熟的基礎(chǔ)上選擇設(shè)計運動機構(gòu)和控制方法。（4）把知識進行整理和匯總，對各個設(shè)計中遇到的問題進行分析解答，初步的完成整體設(shè)計。（5）通過實驗調(diào)試過程，對設(shè)計結(jié)果進行討論和分析，找出設(shè)計方案不足。根據(jù)比賽規(guī)則“每臺機器人的參賽質(zhì)量不得超過2.0kg，在場地上的投影尺寸不超過300mm300mm的正方形或者直徑50mm的圓形，高度不超過400mm。比賽開始后機器人可以自主變形，不再受尺寸限制。變形過程不得由人工遙控。機器人行走裝置、攻擊防守裝置所采用的結(jié)構(gòu)形式不限，但是不允許使用帶有發(fā)射或者爆炸性質(zhì)的裝置，比賽時間是2min。根據(jù)此我們提出了如下設(shè)計思路和策略。我們準備

22、實施自衛(wèi)防御型設(shè)計方案，主要是在黑圓附近展開對碰，在2分鐘完成時盡量占領(lǐng)黑圓圈。為此我們的防御型機器人在硬件上采取3條策略。第1條 ：質(zhì)量盡可能接近所要求的最大值，加強了防御性； 第二條：重心盡可能地低，以此來增加穩(wěn)定性。 第三條：機器人殼體全部涂染成黑色，擾亂敵人對黑圓的探測。 要在比賽結(jié)束前首先搶得中心區(qū)或離中心區(qū)域最近，機器人應(yīng)輕巧靈活，前進、后退、轉(zhuǎn)動動作應(yīng)自如流暢，并具有較快的行進速度。同時，雙方由于雙方機器人在攻防過程中將發(fā)生激烈的沖撞，進行制約與反制約的較量，因此還要求機器人穩(wěn)定性好，結(jié)構(gòu)有一定的剛度，其他一些連接或固定用的小構(gòu)件也是自己根據(jù)需要進行專門加工制作，其他一些采用了創(chuàng)

23、意之星的機器人套件。我們的機器人在結(jié)構(gòu)設(shè)計上引用了四輪四驅(qū)結(jié)構(gòu)設(shè)計，由于四輪驅(qū)動有較強的牽引附著性能，同時還有較好的操作性和靈活機動性能。利用四輪速度差協(xié)調(diào)控制轉(zhuǎn)彎和運動的方案，根據(jù)灰度傳感器實時檢測到的參數(shù)探索黑圓決定隨后的驅(qū)動走向，用紅外傳感器檢測離敵方的距離及其邊沿，控制程序依此來決定攻擊或是向中心區(qū)域的黑圓逼近。 主板芯片及傳感器部分采用DC5V電源供電，電機驅(qū)動部分采用DC12V電源供電，以此來增大電機的轉(zhuǎn)速和對敵方的攻擊力度。 第三章 擂臺機器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1直流電機選擇有刷直流電機選型計算：（1） 估算電樞電阻Ra:Pn =輸入功率-輸出功率 （2-1）=UnIn-Pn = U

24、nIn-UnIn =（1-）UnInRa =(0.50.75)(1-Pn/UnIn)Un/In(2)求Ken , 額定運行條件下的反電勢等于Kn=UIraKen =(Un-InRa)/nN （2-2）Ken =0.34(3) 求理想空載轉(zhuǎn)速:n0 =Un/( Ken) =14.7r/s=140rpm （2-3）(4) 求工作時轉(zhuǎn)矩TN1=9.55PN/nN =0.17NM （2-4）(5)計算電機額定轉(zhuǎn)矩由于額定電壓 U=12V 額定電流I=1.5A， 根據(jù)(1)中的公式,求得Ra值，根據(jù)(2)中公式求出Ken=0.81，根據(jù)(3)中公式求出理想空載轉(zhuǎn)速n0=140rpm，根據(jù)(4)中公式求出

25、理想轉(zhuǎn)矩為TN2=9.55PN/nN =0.98NM （2-5）由于N1TN2T，工作時其他各項數(shù)據(jù)都比電機的額定值小，不超出電機的額定工作范圍，并且各項數(shù)據(jù)都接近電機的參數(shù)。故選用“創(chuàng)意之星”套件中的直流電機額定電壓是DC12V額定電流1.5A額定功率20W空載轉(zhuǎn)速為60r/min。該電機功率大其結(jié)構(gòu)為空心杯直流電機運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。配套的減速器也具有良好的機械性能非常適合作為輪子驅(qū)動。由于比賽時間是2min電源選用3節(jié)3.7V鋰電池作為電機的驅(qū)動電源。“創(chuàng)意之星”標準配備的直流電機 FAULHABER 2342 12CR帶行星齒輪減速器參數(shù)圖3-1所示。 圖3-1 電機參數(shù)直流有刷電機的最大弱點就

26、是有電流的換向問題，消耗有色金屬或石墨較多，成本高，運行中的維護檢修也比較麻煩。因此，電機制造業(yè)中正在努力改善交流電動機、無刷電機的性能，并且大量代替直流有刷電機。但是在移動機器人等場合，直流有刷電機由于其功率密度大、尺寸小、控制相對簡單、不需要交流電等優(yōu)點，仍然被大量使用。3.2機器人驅(qū)動芯片的選擇 擂臺武術(shù)機器人的電機需要正反轉(zhuǎn)控制：為此這里采用L298雙通道直流電機驅(qū)動芯片來驅(qū)動，選用20腳SMT貼片封裝（PowerSO20）。L298是雙H橋高電壓大電流功率集成電路,可靠性高,可以方便地控制電機的正反轉(zhuǎn),既可以用來驅(qū)動4個直流電機,也可以用來驅(qū)動感性負載.如繼電器、電磁閥、步進電機等。

27、L298每一路輸出正?？梢蕴峁?A的直流電流,峰值電流可達4A。3.3機器人檢測結(jié)構(gòu)的設(shè)計 機器人的“眼睛”“鼻子”和“耳朵”其實就是各種傳感器，機器人要自主地運動，必須依賴與傳感器對外界環(huán)境的感知才可以做出判斷。機器人通過各種傳感器采集回來的信息傳回控制中心，再進行分析判斷。最后變成控制系統(tǒng)能夠識別和處理的信號作為控制機器人行為的依據(jù)。 為了使機器人在行走的時候繞開障礙物，可以采用一個紅外測距傳感器不斷感知機器人與障礙物的距離，并把這一距離信息以電信號（0-5V的電壓信號或4mA-20mA）的電流信號，的形式傳給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)距離的遠近做出抉擇。當(dāng)這個距離很近時，控制其行走裝置停止動

28、作或改變運動方向，避免發(fā)生碰撞。系統(tǒng)通過將各類傳感器進行合理配置和布局，利用多傳感器提供的綜合信息，通過軟件對外界環(huán)境進行判斷和分析，決定攻防策略、路線規(guī)劃和動作調(diào)整。 （1）借用機器人外圍的紅外測距傳感器，檢索擂臺邊緣。基本原理： 測距聲納為非接觸式的物位傳感器，應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。其工作原理是，工作時向液面或固體表面發(fā)射一束超聲波，被其反射后，傳感器再接收此反射波。設(shè)聲速一定，根據(jù)聲波往返的時間就可以計算出傳吸器到液面（固體表面）的距離，即測量出液面（固體表面）位置。具體應(yīng)用原理為：傳感器首先等待，接收到MCU 的“開始”脈沖信號后發(fā)射一定時間的50KHz 的超聲波并等待回波；在換能器接收到

29、來自障礙物的反射聲波后，給MCU 反饋脈沖信號，MCU 即可以發(fā)射和接收之間的時間長度和聲速計算出機器人與障礙物之間的距離。使用聲納的時候要注意的是，所有超聲波原理的聲納傳感器均有近距離盲區(qū)，600 系列傳感器的近距離盲區(qū)為0-15cm，即在距離傳感器15cm 以內(nèi)的障礙物，該傳感器無法探測到，或者探測精度很差。這是由傳感器的響應(yīng)頻率決定的。其原因是距離太近，傳感器無法分辨發(fā)射波束與反射波束。如下圖3-2所示。圖3-2 紅外測距傳感器目前民用領(lǐng)域性能最好的、適合機器人使用的測距聲納。發(fā)散角15 度，有效距離10 米，精度1%.檢測原理：當(dāng)發(fā)現(xiàn)機器人已經(jīng)靠近邊沿立刻轉(zhuǎn)彎或者掉頭。擂臺和地面存在比

30、較大的高度差，我們通過測距傳感器很容易發(fā)現(xiàn)這個高度落差，從而判斷出擂臺的邊沿。如下圖所示，在機器人上安裝一個測距傳感器，斜向下測量地面和機器人的距離，機器人到達擂臺邊沿時，傳感器的測量值會突然間變得很小，距離值很大，距離和測量值呈反相關(guān)關(guān)系。如下圖3-3所示。 圖3-3 邊沿探測示意圖（2） 用安裝在機器人周圍隱蔽的紅外線光電傳感器來檢測敵人。光電開關(guān)（光電傳感器）是光電接近開關(guān)的簡稱，它是利用被檢測物對光束的遮擋或反射由同步回路選通電路，從而檢測物體有無的。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測。光電開關(guān)將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強弱或有無對目標

31、物體進行探測。多數(shù)光電開關(guān)選用的是波長接近可見光的紅外線光波型。使光電傳感器貼地放置，在場內(nèi)時光電傳感器觸發(fā)，當(dāng)光電傳感器到達邊緣時，光電傳感器離開擂臺，此時機器人到達邊緣所以必須進行緊急后退離開邊緣，以免掉落擂臺。默認光電傳感器觸發(fā)時輸出為高。如下圖3-4所示。 圖3-4 紅外光電傳感器檢測原理：通過紅外測距傳感器發(fā)現(xiàn)敵人，因為紅外測距傳感器的測距范圍在1080cm，然后與其碰撞。我們將傳感器布置在機器人兩側(cè)，這樣可以最大限度發(fā)現(xiàn)敵人。如下圖3-5所示： 圖3-5 敵人探測示意圖(3) 利用碰撞傳感器檢測是否與敵人發(fā)生碰撞：機器人在行進過程中,當(dāng)遇與敵方機器人發(fā)生碰撞的情況,需根據(jù)具體情況選

32、擇不同的攻防方式。如下圖3-6所示。 圖3-6 碰撞分析（4)利用灰度度傳感器找黑圓圈。 這樣對擂臺中間的黑色區(qū)域的光的反射強度更大,接收到的信號更容易分辨。 把灰度度傳感器所測得的值與標準值相比較,如果在標準值區(qū)間內(nèi),則機器人處于中心黑色區(qū)域內(nèi)。配合光電開關(guān)傳感器（漫反射式光電開關(guān)）利用黑白色反射率不同尋找黑圓。同時底部3個灰度傳感器配合探測黑圓。在檢測邊沿，敵人和黑圓圈的傳感器都用遠紅外線光電傳感器配合使用，避免各自的盲區(qū)以及更好的實時探測。3.4機器人控制卡、電池的設(shè)計硬件由MultiFLEX控制器12V控制卡為主板，采用14.7MHz嵌入式處理器ATMGA128,可存儲150個以上動作

33、序列，具有豐富的I/O口資源，有7路模擬量輸入端口、12路舵機控制端口和4個電機控制端口還可以用于連接鍵盤、按鈕、LED等設(shè)備，具備總線接口，可多塊控制卡并聯(lián)以構(gòu)成更復(fù)雜的機器人，并可擴展其他功能模塊，提供更多資源。電機及驅(qū)動電源的選擇，選用“創(chuàng)意之星”套件中的直流電機，額定電壓是DC12V，額定電流1.5A，額定功率20W，空載轉(zhuǎn)速為60r/min。該電機功率大，其結(jié)構(gòu)為空心杯直流電機運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。配套的減速器也具有良好的機械性能，非常適合作為輪子驅(qū)動。由于比賽時間是2min，電源選用3節(jié)3.7V鋰電池作為電機的驅(qū)動電源。3.5機器人的整體結(jié)構(gòu)將整個機構(gòu)在UG軟件下進行三維建模，模型如圖下圖3-

34、7.3-8.3-9所示： 圖3-7 機器人底部示意圖 圖3-8 機器人側(cè)面示意圖 圖3-9 機器人俯視示意圖機器人部分零件圖3-10.3-11.3-12所示： 圖3-10 機器人殼體和底座 圖3-11 直流電機模型 圖3-12 光電及測距和碰撞傳感器模型機器人的外殼采用碉堡式防御，超低的底殼保證重心盡量的低，大大減少了敵人的攻擊程度。機器人的傳感器全部是隱藏安裝且配套使用，避免盲區(qū)和實時探測。第四章 擂臺機器人控制系統(tǒng)4.1 機器人控制卡的選擇MultlFLEX 控制卡簡要說明： 根據(jù)所需的條件選擇了UP-MultiFlex控制板，UP-MultiFlex控制板安裝在主板的中間位置。裝在機器人

35、上進行邏輯運算，存儲各種控制信息，保持各種控制信息，控制機器人各個部件協(xié)調(diào)一致的工作。通過程序它能分析出現(xiàn)的情況，能調(diào)整自己的動作以達到操作者所提出的全部要求，能擬定所希望的動作。并在信息不充分的情況下和環(huán)境迅速變化的條件下完成這些動作。UP-MultiFlex控制卡的性能指標如下表所示。 UP-MultiFlex 控制卡的性能指標 項目 數(shù)據(jù) 說明型號 MultiFLEX 1.0長 / 寬 / 高 105/50/ 19mm 不含 20pin 總線接口供電 4.86.5VDC 推薦 4.86V 。電壓超過 6.5V 可能損壞保護 過流保護反接保護 長時間電源反接仍可能損壞。過流保護生效后需要重

36、新上電才能工作。靜態(tài)功耗 0.3W保護電流 6 8A 超過此電流后，自動切斷。約 10 秒后才能再次工作。I/O 電平 低電平 VCC 1.5V數(shù)字通訊接口 RS-232 接口 TX ， RX ， GND 三線制數(shù)字量輸入 / 輸出 16 個復(fù)用模擬量輸入 8 個其中一個內(nèi)部已經(jīng)使用 GND/VCC/SIG 三線制（SIG 為信號輸入）功率輸出 4 個 M+，M- 兩線制，最大每通道 2A舵機輸出 12 個 GND/VCC/SIG 三線制（ SIG 為信號輸出）擴展接口 20 線總線接口 博創(chuàng)科技標準的總線接口?？梢酝ㄟ^該接線接口擴展其他外設(shè)。JTAG 功能 不支持ISP 功能 支持 GND/

37、RST/MOSI/MISO/SCK 五線，配套提供 ISP編程電纜無線通訊 支持 可選配無線通訊模塊，433MHz，19.2KBps控制卡AH 引腳功能如下圖4-1所示： 圖4-1 MultlFLEX 控制卡A: 電源接口MultiFLEX 控制卡使用5-6V 的直流電源。至少要求5A 的電流輸出能力。B: 控制板總線接口MultiFLEX 控制卡支持博創(chuàng)科技的標準總線，可以作為功能模塊安裝在機器人產(chǎn)品上使用。C: 4 路電機接口M1-M44 路PWM 電機驅(qū)動輸出。最大允許電流2A，最高輸出電壓為供電電壓?？梢灾С指鞣N小型直流有刷電機。D: RS-232 串口(J5)標準的5 針RS-232

38、 串行口。標準RS-232 電平。需要在這里插入232 通訊電纜。E: 7 路模擬輸入接口 AD0-AD6 (J2)ADC 輸入口允許輸入05V 模擬信號，在MultiFLEX 控制卡中可以轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。主要用于一些模擬電壓輸出的傳感器信號采集。其中靠近電路板內(nèi)側(cè)是信號輸入線。需要注意輸入最低電壓0V最大電壓為MultiFLEX 控制卡的電源電壓，即56V)，中間是電源（56V對應(yīng)圖上“+”號），外側(cè)是地線（GND，對應(yīng)圖上“-”號）。F:舵機控制 PW0PW11CH0CH11舵機的引線有三根其中黃色是信號線(對應(yīng)圖上字母S靠近電路板內(nèi)側(cè))，橙色是電源（56V，對應(yīng)圖上“+”號），棕色是地線

39、（GND，對應(yīng)圖上“-”號）。G: 16 路數(shù)字I/O IO0-IO1516 路數(shù)字I/O 可以在UP-MRcommander 軟件中被配置為輸入或者輸出。如果配置為輸入，每個I/O 口能采集加在其上的電壓是高電平（1）還是低電平（0），主要用于檢測開關(guān)、按鈕、紅外傳感器等的狀態(tài)。如果配置為輸出每個I/O 口可以輸出高低電平（高電平為電源電壓，低電平為0V），可以用于驅(qū)動微型電機等器件。其中靠近電路板內(nèi)側(cè)是信號輸入線(對應(yīng)圖上字母S。需要注意輸入最低電壓0V，最大電壓為MultiFLEX 控制卡的電源電壓，即56V)，中間是電源（56V，對應(yīng) “+”號），外側(cè)是地線（GND，對應(yīng)圖上“-”號）

40、。H: AVR 單片機在線編程接口MultiFLEX 控制卡使用AVR ATMega128 微控制器作為處理器這款處理器具備在線編程ISP功能。使用ICCAVR、WINAVR 等PC 機上的C 語言編譯環(huán)境交叉編譯好的二進制文件可以通過該接口下載到處理器內(nèi)置的FLASH 存儲器中運行。5V 動力電池組：5V用于為機器人驅(qū)動電機提供動力。電池組接于控制板的A + 口。安裝在主板的上面的后半部分。4.2流程圖 圖4-2 程序路程圖4.3 控制程序源代碼檢測邊源： void DodgeEdge(void) FindEdge(); / 開始檢測邊緣 while(g_edge_find_flag) /

41、如果到達邊緣 MoveBack(15); / 機器人后退 FindEdge(); / 再次檢測邊緣 檢測敵人：temp16 = read_gpio(); / 紅外傳感器觸發(fā)時輸出為低 io_in = (uint8)(temp168); io_in &= (FIND_ENEMY_SENSOR); / #define FIND_ENEMY_SENSOR 0x80 if(io_in & FIND_ENEMY_SENSOR) = 0) / 檢測傳感器如檢測到輸入則再檢測4次防止誤判斷 temp8+; or(i = 0 ; i 8); io_in &= (FIND_ENEMY_SENSOR); / 默認

42、傳感器觸發(fā)時輸出為低 if(io_in & FIND_ENEMY_SENSOR) = 0) temp8+; 碰撞檢測：FindEnemy(); / 開始檢測敵人 if(g_enemy_find_flag = 1) /前超聲傳感器檢測到敵人 g_enemy_find_times = 0; /前超聲傳感器檢測敵人次數(shù)初始為0 DodgeEdge(); / 開始檢測邊緣 MoveOn(20); / 前進驅(qū)趕敵人 FindEnemy(); else /即前后超聲傳感器都沒檢測到敵人 DodgeEdge(); / 開始檢測邊緣 TurnRight(3); / 轉(zhuǎn)動一個角度 delay(10); Find

43、Enemy(); 武術(shù)擂臺賽機器人程序主函數(shù)說明如下 int main(void) Sys_Init(); / 系統(tǒng)初始化 gpio_mode_set(IO_MODE); / 設(shè)置io口模式IO0-IO7全為輸入IO8-IO15全為輸出(1為輸出0為輸入) write_gpio(g_io_value); / 設(shè)置io輸出值及輸入狀態(tài)IO0-IO7輸入使能由于電路原因。 / 輸出為低時led才會亮IO8-IO15輸出信號為低0。 g_find_redblock_mode = 1; /進入尋心模式 delay(10); /延時10x0.1s=1s 武術(shù)擂臺攻擊型機器人控制系統(tǒng)設(shè)計 30 FindR

44、edBlockFirstTime(); while(TRUE) / TRUE,FALSE while(g_find_redblock_mode) /進入尋心模式 FindblackBlock(); /尋找擂臺黑色圓心 while(g_anti_enemy_mode) /進入尋找敵人攻擊敵人模式 AntiEnemyAction(); /尋找并攻擊敵人 while(FALSE) / 單模式調(diào)試用 AntiEnemyAction(); /尋找并攻擊敵人 while(FALSE) / 單模式調(diào)試用 FindblackBlock(); /尋找擂臺黑色圓心 機器人前行與后退;void MoveOn(uin

45、t8 move_time) / /機器人前行 uint8 array_dc8 = 0; /定義機器人運動數(shù)組 array_dc0 = 0; array_dc1 = 1 * move_time; /電機運動函數(shù)的分辨率為0.1s注意控制延時的長短 array_dc2 = 0xFE; /左右前輪為12電機左右后輪為三四電機兩兩速度相反 rray_dc3 = 1 * move_time; array_dc4 = 0; array_dc5 = 1 * move_time; rray_dc6 = 0xFE; array_dc7 = 1 * move_time; dc_moto_control(array

46、_dc); delay(5 * move_time); void MoveBack(uint8 move_time) /機器人后退 uint8 array_dc8=0; array_dc0=0xFE; array_dc1=1*move_time; array_dc2=0; array_dc3=1*move_time; array_dc4=0xFE; array_dc5=1*move_time; array_dc6=0; array_dc7=1*move_time; dc_moto_control(array_dc); delay(5*move_time); 機器人左右轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)：void TurnR

47、ight(uint8 move_time) /機器人右轉(zhuǎn) uint8 array_dc8=0; array_dc0=0; array_dc1=1*move_time; array_dc2=0; array_dc3=1*move_time; array_dc4=0; array_dc5=1*move_time; array_dc6=0; array_dc7=1*move_time; dc_moto_control(array_dc); delay(5*move_time); void TurnLeft(uint8 move_time) /機器人3轉(zhuǎn) uint8 array_dc8=0; arra

48、y_dc0=0xFE; array_dc1=1*move_time; array_dc2=0xFE; array_dc3=1*move_time; array_dc4=0xFE; array_dc5=1*move_time; array_dc6=0xFE; array_dc7=1*move_time; dc_moto_control(array_dc); delay(5*move_time); 第五章 ADAMS仿真5.1 Adams主要模塊ADAMS軟件包括ADAMS/View、ADAMS/Solver等組件。其中View是ADAMS的主要模塊，用戶可以用其建造機械系統(tǒng)的模型，并在計算機上模擬機械系統(tǒng)的各種運動。同時，用戶還可以對模型進行運動學(xué)和動力學(xué)分析，定義多個設(shè)計參數(shù)，觀察在不同條件下模型的運行狀況，得到最優(yōu)解。ADAMS七要組件功能如下:ADAMS/View是ADAMS軟件的核心模塊之一，是以用戶為中心的交互式圖形環(huán)境。它提供強大的建模仿真集成環(huán)境，并可對模型進行參數(shù)化分析，用測試數(shù)據(jù)驗證模型。ADAMS/Solver是ADAMS軟件的核心模塊之一，是ADAMS強大的數(shù)學(xué)分析器，可以自動求解機械系統(tǒng)的運動方程。ADAMS/Solver可以集成到其它圖形用戶界面(GUI)中，如ADAMS/View、ADAMS/Car、MECHANI