中山大学ABURobocon国内机器人大赛技术总结
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旅客上轿后，轿夫重新启动，加速走上小桥。为 防止在桥上转弯，屏蔽特殊动作约 ３ 秒。下桥后屏蔽 结束，在各个转角处完成转向以穿越树林。最终，前 轿夫在深绿色区靠场外处停稳，后轿夫在深绿色区 域靠中间栅栏处停稳。旅客机器人飞身下轿，寻线走 到鼓台正前方，释放升降平台，同时敲响三只鼓完成 比赛。
４ 失败原因总结
８４ 《机器人技术与应用》·双月刊 第 ５ 期
亚太大学机生器人大赛【 专 刊 】
转到 ｃ；
ｂ． 否则，如果任意敏感区域内有横置白线，则：
令ａｃｔｉｏｎ＿ｃｏｕｎｔ ＝ ａｃｔｉｏｎ＿ｃｏｕｎｔ ＋ １；
执行编号为ａｃｔｉｏｎ＿ｃｏｕｎｔ的动作；
根据ａｃｔｉｏｎ＿ｃｏｕｎｔ号动作的特性，置ｍａｓｋ＿ｔｉｍｅｒ；
三和大二的学生组成。１０ 名队员分成机械组、电机及控 前端两侧，分别以螺杆固定两只运动电机。考虑机器
制组、视觉及电路组与场地组。机器人制作的历程包括 人的负载，我们采取了 ２４Ｖ／２００Ｗ 直流自行车电机作
总体方案设计、机械设计、电机与传感器选择、控制算 为运动电机。运动电机转轴直接连接驱动轮。为保证
亚太大学机生器人大赛【 专 刊 】
中山大学 ＡＢＵ Ｒｏｂｏｃｏｎ 国内机器人大赛
技术总结
郭策 成慧 中山大学信息科学与技术学院，广州，５１０００６
【摘要】本文详细叙述我们小组在亚太大学生机器人大赛中机器人的设计和研制。自动机器人采 用摄像头作为识别路径的传感器，在场地中寻线导航。机器人采用 Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ Ｓ１２Ｘ 芯片采集与处 理图像信号，并输出控制信号给驱动模块进而驱动电机。旅客机器人采用履带结构，底盘上方固定剪 刀式升降平台。前后轿夫机器人抬轿的支架不含升降结构，旅客机器人依靠摩擦力自己爬上轿子。
根据比赛规则，机器人队共制作了 ３ 台机器人，下 程中，三脚架不执行任何升降动作。自动轿夫机器
面分别介绍机器人的构造。
人 底 盘 前 端 中 央 ，竖 立 一 金 属 支 架 ，用 于 固 定 摄 像
2009 年 9 月 30 日 《机器人技术与应用》 ８３
亚太大学机生器人大赛 亮 点 介 绍
头。前后轿夫机器人的结构一致，总体结构如图 ２ 所示。
法研究与实现、场地搭建等阶段。从单个机器人的分别 结构稳定，底盘后部固定两枚万向轮，具体排布如图
调试到３台机器人协同工作，经过７ 个月的研发制作，队 １ 所示。
员们设计制作了协同完成击鼓任务的 ３ 台机器人。
前后轿夫底盘上方，各自固定一个三脚架（由
１ 前后轿夫与旅客机器人的基本构造
落 地 灯 的 灯 架 改 造 而 成 ），用 于 抬 起 轿 子 。三脚架 上 没 有 部 署 运 动 执 行 机 构 ，在 机 器 人 的 整 个 运 行 过
起，成为展开态；将展开的剪刀结构压缩收起，以一只 步进电机锁住，则形成收紧态。步进电机一旦解锁，升 降台借助橡筋的作用，向斜上方冲击，瞬间转为展开 态。鼓槌不设主动运动机构，当升降台充分展开后（即 升降台运动停止后），鼓槌前端由于惯性继续向上运动， 从而敲击鼓面。
图 １ 轿夫机器人底盘排布示意图（仰视）
ａ）
ｃ． 侦测竖向白线，以 ＰＩＤ 控制进行纠偏，完毕。
由于芯片性能有限，我们仅处理图像信息的亮度
分量。在机器人启动时，程序自主区分白色与绿色的亮
ｂ）
度，并将白色区域的亮度记为 Ｗ 。机器人运行过程中，
凡亮度接近 Ｗ 的像素将被判断为白点。
３ 旅客机器人上轿方式
前后轿夫机器人用由灯架改造的三脚架抬轿子， 由于支架不含升降结构，我们的旅客机器人上轿方式非 常别致－－轿子不下降，旅客机器人自己爬上轿子。起初， 旅客机器人仰置等候（如图 ５ａ），图中红色部分表示出 发区地面，蓝色部分表示轿板。轿子固定在两轿夫之 间，距地面约 １５ｃｍ。自动轿夫开机后，前行进至第一 横线，执行一个特殊动作，即暂停约 ５ 秒。此时，轿板 将前后摆动，为保证上轿位置正确，旅客机器人的操作 手必须在准确的时机打开电源，运动电机随机正转，此 时旅客机器人在仰置状态下，自动向轿板移动，与轿板 发生物理接触后，推动约 ２ 厘米，扼制轿板的摆动，使 轿板处于静止状态，（如图 ５ｂ）。之后，旅客机器人电机 猛然倒转，由于惯性，旅客将倒伏于轿板上，将轿板压 斜（如图 ５ｃ）。最后，旅客机器人的电机正转，依靠摩 擦力爬到轿板中央（如图 ５ｄ）。
图４ 摄像头视野和敏感区域
图３ 旅客机器人的基本结构
摄像头视野内有两块敏感区域（如图 ４），若行进过 程中任一敏感区域内出现横置白线，则触发相应的特殊 动作。
具体而言，摄像头每扫描一帧图像，机器人执行的 程序框架如下：
ａ． 如果ｍａｓｋ＿ｔｉｍｅｒ ＞ ０，即动作暂被屏蔽，则： 令ｍａｓｋ＿ｔｉｍｅｒ ＝ ｍａｓｋ＿ｔｉｍｅｒ － １；
升降平台共两种状态，收紧态和展开态。剪刀结构 内有橡筋，自然状态下，橡筋拉紧，升降台向斜上方升
２ 视觉导航与运动控制
自动机器人使用Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ Ｓ１２Ｘ芯片进行控制。 机器人在场地上的所有导航行为，以摄像头采集到 的信号为依据。机器人正常运行过程中的动作分为 两类：一般动作（正常前进）和特殊动作（停止、转 弯），所有特殊动作被存入一个固定的列表中待用。
自动机器人以识别视野中的横线为执行特殊动作 的主要依据。在大多数横线处，机器人并不需要执行特 殊动作。因此，对于这些横线，机器人必须“视而不见”。 即在这种情况下，暂时将白线检测功能关闭，以达到屏 蔽特殊动作的目的。
控制程序中定义有一个动作屏蔽时间计数器 ｍａｓｋ＿ｔｉｍｅｒ，在该计数器为 ０ 的情况下，允许机器人执 行特殊动作。当地标无用或过于复杂时，计数器会被置 为非 ０，以保证正常移动不受干扰。控制程序中，另有 动作计数器ａｃｔｉｏｎ＿ｃｏｕｎｔ，用于记录当前执行的特殊动 作的编号。
【关键词】机器人，视觉导航，运动控制
中山大学机器Hale Waihona Puke Baidu队成立于 ２００８ 年 １１ 月，队员 在信息科学与技术学院的本科学生中公开选
１ ． １ 前后轿夫机器人 前后轿夫机器人的底盘结构完全相同。总体采取
拔。机器人队由计算机、电子和自动化三个系的１０ 名大 “两驱动轮＋两万向轮”的运动方式。矩形木质底盘的
赛场是展示实力的赛场，也是友谊的赛场，各兄弟 院校之间的技术探讨与支持鼓励，也是我们这次比赛中 的大收获。
指导老师名单： 王国利 郭雪梅 成慧 参赛学生名单： 郭策 贺春晖 徐思洪 佘铎淳 余亲林 叶瑶君 宫茜 丘元辉 沈栋文 兰慧
2009 年 9 月 30 日 《机器人技术与应用》 ８５
图 ２ 轿夫机器人的基本结构（以前轿夫为例）
１．２ 旅客机器人 旅客机器人底盘采用履带结构，以两只 ２４Ｖ／４５Ｗ
直流电机为运动电机，机器人两侧各部署一只驱动轮， 两侧各部署 ７ 只负重轮，其中包括 １ 只金属定距轮和 ６ 只塑料从动轮。底盘上方倾斜固定剪刀式升降平台，升 降平台上安装 ３ 根鼓槌。平台由五级剪刀结构级联而 成。旅客机器人的结构如图 ３ 所示。
机器人在场地的导航，全部以摄像头对白线的寻 线来实现，摄像头的信号对光线很敏感。赛前我们不知 正式比赛场地状况，适应场地时，发现场地亮度很高且
ｃ）
ｄ） 图５ 旅客机器人上轿过程
地面反光严重，完全无法使用摄像头进行导航，而摄像 头又是我们的机器人唯一传感器，这使得运动控制完全 无法进行。试场地的当天晚上，我们采取了“增设遮光 罩”的方式进行改进，即用纸盒和雨伞布制作遮光罩以 挡住强烈的外部光源，并在遮光罩内把改装的 Ｌ Ｅ Ｄ 手 电筒用作摄像头的光源，但收效甚微，最终以 １ 胜 ３ 负 的成绩无缘晋级赛。虽然在这次机器人比赛中失利，但 是在制作过程中，队员们充分发挥才智，团结协作，提 出并实现了有创意的机器人结构设计、上轿与击鼓方 式。当试场地摄像头无法进行导航时，队员们和指导老 师连夜对机器人进行改进，并在比赛当中不断改善，认 真准备每一场比赛。
４ 失败原因总结
８４ 《机器人技术与应用》·双月刊 第 ５ 期
亚太大学机生器人大赛【 专 刊 】
转到 ｃ；
ｂ． 否则，如果任意敏感区域内有横置白线，则：
令ａｃｔｉｏｎ＿ｃｏｕｎｔ ＝ ａｃｔｉｏｎ＿ｃｏｕｎｔ ＋ １；
执行编号为ａｃｔｉｏｎ＿ｃｏｕｎｔ的动作；
根据ａｃｔｉｏｎ＿ｃｏｕｎｔ号动作的特性，置ｍａｓｋ＿ｔｉｍｅｒ；
三和大二的学生组成。１０ 名队员分成机械组、电机及控 前端两侧，分别以螺杆固定两只运动电机。考虑机器
制组、视觉及电路组与场地组。机器人制作的历程包括 人的负载，我们采取了 ２４Ｖ／２００Ｗ 直流自行车电机作
总体方案设计、机械设计、电机与传感器选择、控制算 为运动电机。运动电机转轴直接连接驱动轮。为保证
亚太大学机生器人大赛【 专 刊 】
中山大学 ＡＢＵ Ｒｏｂｏｃｏｎ 国内机器人大赛
技术总结
郭策 成慧 中山大学信息科学与技术学院，广州，５１０００６
【摘要】本文详细叙述我们小组在亚太大学生机器人大赛中机器人的设计和研制。自动机器人采 用摄像头作为识别路径的传感器，在场地中寻线导航。机器人采用 Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ Ｓ１２Ｘ 芯片采集与处 理图像信号，并输出控制信号给驱动模块进而驱动电机。旅客机器人采用履带结构，底盘上方固定剪 刀式升降平台。前后轿夫机器人抬轿的支架不含升降结构，旅客机器人依靠摩擦力自己爬上轿子。
根据比赛规则，机器人队共制作了 ３ 台机器人，下 程中，三脚架不执行任何升降动作。自动轿夫机器
面分别介绍机器人的构造。
人 底 盘 前 端 中 央 ，竖 立 一 金 属 支 架 ，用 于 固 定 摄 像
2009 年 9 月 30 日 《机器人技术与应用》 ８３
亚太大学机生器人大赛 亮 点 介 绍
头。前后轿夫机器人的结构一致，总体结构如图 ２ 所示。
法研究与实现、场地搭建等阶段。从单个机器人的分别 结构稳定，底盘后部固定两枚万向轮，具体排布如图
调试到３台机器人协同工作，经过７ 个月的研发制作，队 １ 所示。
员们设计制作了协同完成击鼓任务的 ３ 台机器人。
前后轿夫底盘上方，各自固定一个三脚架（由
１ 前后轿夫与旅客机器人的基本构造
落 地 灯 的 灯 架 改 造 而 成 ），用 于 抬 起 轿 子 。三脚架 上 没 有 部 署 运 动 执 行 机 构 ，在 机 器 人 的 整 个 运 行 过
起，成为展开态；将展开的剪刀结构压缩收起，以一只 步进电机锁住，则形成收紧态。步进电机一旦解锁，升 降台借助橡筋的作用，向斜上方冲击，瞬间转为展开 态。鼓槌不设主动运动机构，当升降台充分展开后（即 升降台运动停止后），鼓槌前端由于惯性继续向上运动， 从而敲击鼓面。
图 １ 轿夫机器人底盘排布示意图（仰视）
ａ）
ｃ． 侦测竖向白线，以 ＰＩＤ 控制进行纠偏，完毕。
由于芯片性能有限，我们仅处理图像信息的亮度
分量。在机器人启动时，程序自主区分白色与绿色的亮
ｂ）
度，并将白色区域的亮度记为 Ｗ 。机器人运行过程中，
凡亮度接近 Ｗ 的像素将被判断为白点。
３ 旅客机器人上轿方式
前后轿夫机器人用由灯架改造的三脚架抬轿子， 由于支架不含升降结构，我们的旅客机器人上轿方式非 常别致－－轿子不下降，旅客机器人自己爬上轿子。起初， 旅客机器人仰置等候（如图 ５ａ），图中红色部分表示出 发区地面，蓝色部分表示轿板。轿子固定在两轿夫之 间，距地面约 １５ｃｍ。自动轿夫开机后，前行进至第一 横线，执行一个特殊动作，即暂停约 ５ 秒。此时，轿板 将前后摆动，为保证上轿位置正确，旅客机器人的操作 手必须在准确的时机打开电源，运动电机随机正转，此 时旅客机器人在仰置状态下，自动向轿板移动，与轿板 发生物理接触后，推动约 ２ 厘米，扼制轿板的摆动，使 轿板处于静止状态，（如图 ５ｂ）。之后，旅客机器人电机 猛然倒转，由于惯性，旅客将倒伏于轿板上，将轿板压 斜（如图 ５ｃ）。最后，旅客机器人的电机正转，依靠摩 擦力爬到轿板中央（如图 ５ｄ）。
图４ 摄像头视野和敏感区域
图３ 旅客机器人的基本结构
摄像头视野内有两块敏感区域（如图 ４），若行进过 程中任一敏感区域内出现横置白线，则触发相应的特殊 动作。
具体而言，摄像头每扫描一帧图像，机器人执行的 程序框架如下：
ａ． 如果ｍａｓｋ＿ｔｉｍｅｒ ＞ ０，即动作暂被屏蔽，则： 令ｍａｓｋ＿ｔｉｍｅｒ ＝ ｍａｓｋ＿ｔｉｍｅｒ － １；
升降平台共两种状态，收紧态和展开态。剪刀结构 内有橡筋，自然状态下，橡筋拉紧，升降台向斜上方升
２ 视觉导航与运动控制
自动机器人使用Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ Ｓ１２Ｘ芯片进行控制。 机器人在场地上的所有导航行为，以摄像头采集到 的信号为依据。机器人正常运行过程中的动作分为 两类：一般动作（正常前进）和特殊动作（停止、转 弯），所有特殊动作被存入一个固定的列表中待用。
自动机器人以识别视野中的横线为执行特殊动作 的主要依据。在大多数横线处，机器人并不需要执行特 殊动作。因此，对于这些横线，机器人必须“视而不见”。 即在这种情况下，暂时将白线检测功能关闭，以达到屏 蔽特殊动作的目的。
控制程序中定义有一个动作屏蔽时间计数器 ｍａｓｋ＿ｔｉｍｅｒ，在该计数器为 ０ 的情况下，允许机器人执 行特殊动作。当地标无用或过于复杂时，计数器会被置 为非 ０，以保证正常移动不受干扰。控制程序中，另有 动作计数器ａｃｔｉｏｎ＿ｃｏｕｎｔ，用于记录当前执行的特殊动 作的编号。
【关键词】机器人，视觉导航，运动控制
中山大学机器Hale Waihona Puke Baidu队成立于 ２００８ 年 １１ 月，队员 在信息科学与技术学院的本科学生中公开选
１ ． １ 前后轿夫机器人 前后轿夫机器人的底盘结构完全相同。总体采取
拔。机器人队由计算机、电子和自动化三个系的１０ 名大 “两驱动轮＋两万向轮”的运动方式。矩形木质底盘的
赛场是展示实力的赛场，也是友谊的赛场，各兄弟 院校之间的技术探讨与支持鼓励，也是我们这次比赛中 的大收获。
指导老师名单： 王国利 郭雪梅 成慧 参赛学生名单： 郭策 贺春晖 徐思洪 佘铎淳 余亲林 叶瑶君 宫茜 丘元辉 沈栋文 兰慧
2009 年 9 月 30 日 《机器人技术与应用》 ８５
图 ２ 轿夫机器人的基本结构（以前轿夫为例）
１．２ 旅客机器人 旅客机器人底盘采用履带结构，以两只 ２４Ｖ／４５Ｗ
直流电机为运动电机，机器人两侧各部署一只驱动轮， 两侧各部署 ７ 只负重轮，其中包括 １ 只金属定距轮和 ６ 只塑料从动轮。底盘上方倾斜固定剪刀式升降平台，升 降平台上安装 ３ 根鼓槌。平台由五级剪刀结构级联而 成。旅客机器人的结构如图 ３ 所示。
机器人在场地的导航，全部以摄像头对白线的寻 线来实现，摄像头的信号对光线很敏感。赛前我们不知 正式比赛场地状况，适应场地时，发现场地亮度很高且
ｃ）
ｄ） 图５ 旅客机器人上轿过程
地面反光严重，完全无法使用摄像头进行导航，而摄像 头又是我们的机器人唯一传感器，这使得运动控制完全 无法进行。试场地的当天晚上，我们采取了“增设遮光 罩”的方式进行改进，即用纸盒和雨伞布制作遮光罩以 挡住强烈的外部光源，并在遮光罩内把改装的 Ｌ Ｅ Ｄ 手 电筒用作摄像头的光源，但收效甚微，最终以 １ 胜 ３ 负 的成绩无缘晋级赛。虽然在这次机器人比赛中失利，但 是在制作过程中，队员们充分发挥才智，团结协作，提 出并实现了有创意的机器人结构设计、上轿与击鼓方 式。当试场地摄像头无法进行导航时，队员们和指导老 师连夜对机器人进行改进，并在比赛当中不断改善，认 真准备每一场比赛。