基于武术擂台赛无差别组轮式机器人的开发设计与关键技术研究

第,3S :卷氣2期

2017年6月河北建筑工程学院学报

V ol, 35胁,2JOURNAL OF HEBEI INSTITUTE OF ARCHITECTURE AND CIVIL ENGINEERING Jun e 2017doi ：lQ ,：3969/j . issn . 100-8-4185. 2017. 02. 027

基于武术擂台赛无差别组轮式

机器人的开发设计与关键技术研究

张永清|王岩1孙黎2

a 河北建筑工稷学晓，洱北张家w 邸雜_*:

2.河北机械发展有暍责隹公司我工学校.河北，张家Cf OTlfflWj

摘要：对武术擂台赛中机器人自主登台的机构和程序设计进行了分析研究，提出了一种确实 可行的登台方法，该方法可以应用到越障机器人中.针对机器人的识别定位系统也做了 一定的 研究与设计.

关键词：越障机器人；登台方法；武术擂台赛

中图分类号：TP 24 文献标识码：A

〇引言

中属机器人大赛无差别组l v l 西其观赏性和趣味性吸引着越来越多的人参加，而在对抗的基础上 引人了皂主登台技术，进一步提高了机器人的实用性.比赛要求机器人自宅登上6厘米禽的比赛场地， 寻找对手并将其推下擂合，在此过程中，如果机器人自行掉下或被推下擂台，机器人需要在规定时间内 识别、找到并自:主登上擂台继续比赛.本文主要研究轮式机器人.自主登台技术以及四轮驱动小车的越障 策略，輝时分析机器人如何识别自身处在台上或台下的不闻位置，来启用登台机构完.成簦台动作的技术 方案.本文还针对机器人进行了金向轮的研发设计，该设计可以减小摩擦力，提高轮式机器人的移动效率.1机器人的整体设计

无差别组轮式机器人(见图1)，以A V R 单片机作为1控

模块，以普通轮式运动作为机器人的运动方式，采取四轮驱

动方式，使用BDMC 1203驱动模块和直流电机作为机器人的

动力来源，由锂电池供电.机器人底盘的中心处固定电机驱

动器，四M 布查带一定倾角的红外光电传感器以检测霜台

边缘，底盘上方安装测距传感器配合底部的红外光电传感器

乘识别敌方机器人和外部的围栏.为了使机器人可以自主登

台，在机器人的前、后方向安装类似铲子结构的前后机械臂

作为支撑机构，用四个CDS 55X X 舵机来控制机械臂动作，通

过C 语言编程来实现机器人登台.机器人能够实现的功能简

述为：

(1) 可以检测到机器人是在擂台上还是在擂台下：

(2) 3机器人在台下时，机器人能够在W 秒内.自生进行登台；

(3.)利用传感器能够发现敌人并对其定位，之后我方机器人加速将敌人推下擂台；

(4)机器人在台上运动，并且能够检测到擂台边缘，防止自身掉下擂台.图1机器人整体图

.基金项目：

S IS 年河北_省教育厅重:点项:目度张家科.技计划财政貪助.項目

_1«年魔河北建筑I 程学鹿校霉料研棊金壤:目20KXJJYB 1S

作者筒介:1永清(1964=冷，女•教授s 產要研究方向:智能制造、

机器人技术等.

第2期张永清等基于武术擂台赛无差别组轮式机器人的开发设计与关键技术研究115

2机器人的软件设计

2.1自主登台

机器人自主登台技术是无差别组机器人的关键技术也是整个机器人设计的难点所在.实现自主登 台将对以后研究机器人如何跨越障碍并在复杂地形环境中运动带来巨大帮助.N A S A在研究火星漫游 车（Splrlt，MER-A)时也考虑了机器人越障这个问题.机器人在崎岖不平的火星表面运动很容易被石块 挡住去路，工程师们针对这种情况，为机器人设计了岩石转向架悬挂系统，该设计可以令六个车轮能单 独绕过岩石，同时保持车身处于稳定状态，防止倾覆.波士顿动力公司之前也设计制作过一款名叫沙蚤 的侦察机器人.在平地上它能像遥控模型车一样飞驰.最重要的是，为了跨越障碍它可跳起30英尺（约合9.1米)高左右.它上面安装的激光测距仪可以测量起跳点与目标之间的距离，并计算出合适的路径，之后它会向上翻转，在压缩空气的驱动下向上弹起，便其可以轻松跨越很高的障碍.

机器人在比赛中只需要跨越6cm高的擂台，通过研究以上先进机器人的越障方式，可以轻松实现 机器人自主登台功能.现在有两种思路可供选择：一种是为机器人登台创造支撑.在机器人的底盘前后 安装机械臂，通过机械臂的帮助来实现登台；另一种是改变机器人使用的车轮形状，例如三个车轮呈三 角形排列固定后当作一个车轮使用，便能轻松实现登台功能.由于比赛中车轮有规定，所以采用第一种 思路.

首先在机器人前后相对底盘垂直的方向，安装四个机械臂.每个机械臂由一个舵机控制，使其可以 转动一定角度.当机器人前方传感器检测到擂台时，前面两个机械臂先放到一定角度（大约150°)，将前 轮抬起，使其高于擂台，同时前轮也在以一定速度转动，在摩擦力和机械臂的支撑力共同作用下，前车身 跃上擂台.此时车身处于倾斜状态，然后收回前机械臂，并放下后机械臂，使后轮抬起，此时在后机械臂 的支撑力与电机的驱动力作用下，机器人便能顺利地登上擂台，最后将后机械臂收回即可.（见图2)

图2机器人自主登台过程图

给出的部分参考程序如下：

void zhongO //上台默认动作

!UP_CDS_SetAngle(5,384,800)；

UP_CDS_SetAngle(6，640，800);

UP_CDS_SetAngle(7，640，800);

UP_CDS_SetAngle(8，384，800);}

void qdingO //放下前机械臂

!UP_CDS_SetAngle(5,1000,800)；

UP_CDS_SetAngle(6，24，800);

UP_delay_ms(10)；

UP_CDS_SetAngle(5，1000，800);

UP_CDS_SetAngle(6，24，800);}

vmdhdmgO //放下后机械臂

!UP_CDS_SetAngle(7,24,800)；

UP_CDS_SetAngle(8，1000，800);

UP_delay_ms(10)；