武術(shù)擂臺機(jī)器人設(shè)計(jì)報(bào)告說明書樣本

資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請聯(lián)系改正或者刪除。武術(shù)擂臺機(jī)器人課程設(shè)計(jì)報(bào)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(rèn)識到了機(jī)器人技術(shù)的重要性,促使著機(jī)器人技術(shù)在不斷地改革和創(chuàng)新當(dāng)中,機(jī)器人的應(yīng)用也在各個(gè)領(lǐng)域取得了重大進(jìn)步,增加了可操作性和實(shí)際性。而在運(yùn)動時(shí)也不但限于單一操控,機(jī)器人的技術(shù)在一步步往前進(jìn)的同時(shí),對于其在執(zhí)行命令時(shí)的技術(shù)性擁有了更高的要求,運(yùn)動的實(shí)時(shí)性和可靠性也在逐漸增加。當(dāng)前,中國很多高等院校及公司都在不同領(lǐng)域研發(fā)機(jī)器人,例如足球機(jī)器人,勘測機(jī)器人,醫(yī)療救護(hù)機(jī)器人等等,人們開始認(rèn)識到了在機(jī)器人領(lǐng)域有著很大的發(fā)展空間,而同時(shí)期的機(jī)器人比賽更是絡(luò)繹不絕,而我們所設(shè)計(jì)的則是一款武術(shù)擂臺賽的機(jī)器人。本文是經(jīng)過對創(chuàng)博公司旗下的創(chuàng)意之星武術(shù)擂臺機(jī)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(jī)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(jī)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(gè)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(jìn)行運(yùn)動程序的編寫,最終實(shí)現(xiàn)一個(gè)能夠參加武術(shù)擂臺機(jī)器人比賽的成品。關(guān)鍵詞:擂臺機(jī)器人,控制系統(tǒng),創(chuàng)意之星,MultiFlex任務(wù)分配:組長:張文帥負(fù)責(zé)仿真。組員:趙義界負(fù)責(zé)UG機(jī)器人模型繪畫。郭利軍負(fù)責(zé)控制程序。周豐負(fù)責(zé)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)?？傮w設(shè)計(jì)經(jīng)過全員多次探索討論,許多細(xì)節(jié)多次推敲合作完成本次設(shè)計(jì)。AbstractContinuousdevelopmentofsocietytoday,peoplearemoreandmoreawareoftheimportanceofrobotics,promptingrobotics,robotsareusedinvariousfieldshavemadesignificantprogressinreformandinnovationwhichincreasetheoperabilityand.Exerciseisnotlimitedtoasinglemanipulationrobottechnologyinastep-by-steptomoveforwardwhilethetechnicalexecutecommandshavehigherrequirements,real-timeandreliabilityofthemovementisalsograduallyincreasing.Currently,manyChineseuniversitiesandcorporateresearchanddevelopmentindifferentareas.Robots,suchassoccerrobots,surveyingrobot,medicalaid,robotsandsoon,peoplebegantorecognizethatmuchroomfordevelopmentinthefieldofrobotics,andthesameperiodoftherobotcompetition.isaconstantstream,andwedesignedamartialartsrobotChallengeCup.Thisarticleisbythecompany'sChuangbocreativeStarMartialArtsChallengerobotinstructions,relevantlearningmaterial,heassembledadefensivemartialartsringrobot,itcanautomaticallydetecttheedgeofthemartialartsarena,foundtheenemy,aswellasthepositioningofthemartialartsarenarobotcomposedofasetofenvironmentalsensorsusinginfraredsensors,grayscalesensorsandinfraredrangesensors,dynamicdecision-makingandplanning,behaviorcontrolandexecutionofavarietyoffunctionsinanintegratedsystem,thesportsprogramwrittenusingClanguage,andultimatelyonetoparticipateintheMartialArtsChallengerobotracefinished.Keywords:ringrobotcontrolsystem,CreativeStar,MultiFlex

目錄緒論……………61.1課題背景…………61.2國內(nèi)外武術(shù)擂臺機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀………………61.2.1國外機(jī)器人競賽的發(fā)展現(xiàn)狀………………61.2.2國內(nèi)機(jī)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(jī)器人擂臺賽場地介紹……81.3.2競賽方式……………………81.3.3勝負(fù)判定……………………91.4本文研究的主要內(nèi)容……………9擂臺機(jī)器人總體設(shè)計(jì)方案…………………112.1基本內(nèi)容和問題…………………112.2總體的設(shè)計(jì)方案及步驟…………11擂臺機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)…………………133.1直流電機(jī)選型分析………………133.2機(jī)器人驅(qū)動芯片的選擇…………143.3機(jī)器人檢測結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)…………153.4機(jī)器人控制卡及電池設(shè)計(jì)………183.5機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)…………18擂臺機(jī)器人控制系統(tǒng)………224.1機(jī)器人控制卡的選擇……………224.2流程圖……………254.3控制程序源代碼…………………25Adams仿真…………………335.1Adams主要模塊…………………335.2UG與ADAMS的接口………………335.3Adams運(yùn)動仿真結(jié)果……………33總結(jié)與展望…………………356.1總結(jié)………………356.2對進(jìn)一步的展望…………………35參考文獻(xiàn)………………36第一章緒論1.1課題背景機(jī)器人技術(shù)集機(jī)械、電子、材料、計(jì)算機(jī)、傳感器、控制等多門學(xué)科于一體,是國家高科技實(shí)力和發(fā)展水平的重要標(biāo)志。機(jī)器人技術(shù)作為20世紀(jì)人類最偉大的創(chuàng)造之一,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(jìn)步。工業(yè)機(jī)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(jī)器人正與工人朋友并肩戰(zhàn)斗在各條戰(zhàn)線上。特種機(jī)器人作為機(jī)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(jī)器人、農(nóng)業(yè)機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人、水下機(jī)器人、醫(yī)療機(jī)器人、軍用機(jī)器人、娛樂機(jī)器人等各種用途的特種機(jī)器人紛紛面世,而且正以飛快的速度向?qū)嵱没~進(jìn)。

1.2國內(nèi)外武術(shù)擂臺機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀機(jī)器人學(xué)的進(jìn)步和應(yīng)用是20世紀(jì)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(jī)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,她在人類的應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大引起國際上重新認(rèn)識機(jī)器人技術(shù)的作用和影響。它有三個(gè)特點(diǎn):一個(gè)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(gè)特點(diǎn)是根據(jù)人的編程能自動的工作,這里一個(gè)顯著的特點(diǎn),就是它能夠編程,改變它的工作的對象,和工作的一些要求它是人造的機(jī)器或機(jī)械電子裝置。隨著機(jī)器人技術(shù)的飛速發(fā)展,機(jī)器人競技運(yùn)動在世界各地蓬勃興起,當(dāng)前中國正掀起一股機(jī)器人競賽的熱潮。創(chuàng)新是中國大學(xué)生的精髓,參賽機(jī)器人都要從概念設(shè)計(jì)入手,經(jīng)歷設(shè)計(jì)、制作、調(diào)試,改進(jìn)等過程最終選出最優(yōu)方案參加比賽,經(jīng)過此項(xiàng)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(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀《機(jī)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)目前在英國電視臺首次公演。當(dāng)前她的搏斗系列已經(jīng)覆蓋了全球27個(gè)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(jì)并制造無線電控制的戰(zhàn)斗機(jī)器以角斗士的方式進(jìn)行戰(zhàn)斗,看誰的機(jī)器人更勝一籌。競爭者以來于她們閃電般快速的反應(yīng)和驅(qū)動能力,以及她們對于機(jī)器人充滿想象力和有效性的設(shè)計(jì)來擊敗對手。機(jī)器人之間不但相互之間戰(zhàn)斗,而且她們還要與主機(jī)器人周旋。這些主機(jī)器人在場上巡邏,摧毀并分解任何已無行為能力或不幸迷失在絕境中的機(jī)器人。在最終比賽中機(jī)器人在格斗場上相互格斗,直到其中一個(gè)機(jī)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(biāo)準(zhǔn),決定哪個(gè)機(jī)器人取得勝利。四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)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(jī)器人專利至今已經(jīng)半個(gè)世紀(jì)了。它的成長歷程印證了這樣的論斷,機(jī)器人是20世紀(jì)人類的偉大創(chuàng)造。機(jī)器人學(xué)的進(jìn)步和應(yīng)用是20世紀(jì)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(jī)器人技術(shù)將筑起21世紀(jì)人類新的”長城”。1.2.2國內(nèi)武術(shù)擂臺機(jī)器人機(jī)競賽發(fā)展現(xiàn)狀中國機(jī)器人大賽暨RoboCup公開賽是中國最具影響力,最權(quán)威的機(jī)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(jì)南等地成功舉辦了歷屆大賽。中國的武術(shù)機(jī)器人擂臺賽是從12月在廣東中山市舉辦的中國機(jī)器人大賽暨RoboCup公開賽開始舉行的新比賽項(xiàng)目,而第一次舉辦就吸引了全國高校的13個(gè)隊(duì)伍的激烈競爭。在比賽中機(jī)器人的穩(wěn)定性是實(shí)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?？v觀賽場,成績好的隊(duì)伍穩(wěn)定性都是過硬的。機(jī)器人的穩(wěn)定性能夠從如下幾個(gè)方面進(jìn)行闡述。傳感器的穩(wěn)定,精準(zhǔn)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(jī)器人獲取外部信息的唯一途徑其重要性好比是人的五官。常見的傳感器有: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(jì)能極大提高機(jī)器人的性能。比如灰度、紅度傳感器能夠告訴機(jī)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(jìn)而做出不同的后續(xù)動作,能夠使機(jī)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(gè)模塊,各模塊之間內(nèi)部通信的穩(wěn)定性便成了一個(gè)不可忽略的問題。因此首當(dāng)其沖的要求是低出錯(cuò)率甚至零出錯(cuò)率,特別在是關(guān)鍵數(shù)據(jù)的傳本項(xiàng)大賽吸引了中國現(xiàn)有最頂級的機(jī)器人專家和日本、美國、德國眾多知名機(jī)器人學(xué)者參與是當(dāng)今中國、乃至亞洲機(jī)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(jī)器人專家組、國家863先進(jìn)制造與自動化技術(shù)領(lǐng)域等7武術(shù)擂臺攻擊型機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(duì)伍參賽。圖1-1各種機(jī)器人1.3武術(shù)擂臺機(jī)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(jī)器人出發(fā)地點(diǎn):比賽開始前,各方參賽機(jī)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(duì)抽簽分為兩組,勝出兩組進(jìn)入第二輪比賽;第二輪采用單循環(huán)比賽方式。(每場比賽一局決勝負(fù),每局時(shí)間兩分鐘)3)比賽前雙方隊(duì)員需舉手示意機(jī)器人已經(jīng)準(zhǔn)備好。開始后不能再觸碰機(jī)器人,否則將被判本局負(fù)。4)每局比賽時(shí)間不超過2分鐘。比賽時(shí)間結(jié)束后,裁判員發(fā)出比賽結(jié)束指令。雙方參賽隊(duì)員在聽到比賽結(jié)束指令后停止機(jī)器人。5)在比賽過程中,一方的機(jī)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(rèn)為可能有危險(xiǎn)的行為的,裁判員能夠宣布中止本局比賽,并判本局比賽對方獲勝。6)在比賽過程中,雙方機(jī)器人交纏在一起或處于僵持狀態(tài)超過10秒鐘,裁判員能夠自由裁定,選擇讓雙方機(jī)器人重新開始比賽,也能夠讓比賽繼續(xù)。7)比賽過程不允許暫停,除非裁判員認(rèn)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(fù)判定1)獲勝:a)一方機(jī)器人離開擂臺區(qū)域或者機(jī)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(jī)器人翻倒、損壞或者由于其它原因無法繼續(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(shí)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(jì)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(jī)器人的整體結(jié)構(gòu).在理論上和實(shí)際應(yīng)用上盡可能的使機(jī)器人實(shí)現(xiàn)高靈活的運(yùn)動狀態(tài)。根據(jù)比賽規(guī)則和以往的經(jīng)驗(yàn).提出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案.設(shè)計(jì)武術(shù)擂臺機(jī)器人的結(jié)構(gòu)。機(jī)器人各部分設(shè)計(jì)包括攻擊部分、驅(qū)動部分、檢測部分.三部分對機(jī)器人設(shè)計(jì)都是至關(guān)重要的。設(shè)計(jì)碉堡外殼的結(jié)構(gòu).以致能使機(jī)器人的防御力加強(qiáng)。選擇合適電機(jī).使機(jī)器人的運(yùn)行狀態(tài)良好.比較靈敏的傳感器是機(jī)器人運(yùn)行起來比較靈活。對機(jī)器人進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).確定了機(jī)器人的整體布局.設(shè)計(jì)了機(jī)器人的主要活動部件、外殼、電機(jī)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(jī)器人進(jìn)行搭建.而且對機(jī)器人運(yùn)動狀態(tài)進(jìn)行測試和分析.以及為了達(dá)到更好的狀態(tài).對機(jī)器人測試中的不足之處進(jìn)行改進(jìn)。

第二章擂臺機(jī)器人總體設(shè)計(jì)方案2.1基本內(nèi)容和問題根據(jù)機(jī)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(jī)器人控制卡為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)可應(yīng)用于RoboCup機(jī)器人大賽——機(jī)器人武術(shù)擂臺賽的攻擊型機(jī)器人的行為策略。設(shè)計(jì)具有競爭力的總體比賽方案。在比賽時(shí)在進(jìn)攻、防守、找中心時(shí)機(jī)器人用何種速度和方式行進(jìn)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)和比賽程序。在用”創(chuàng)意之星”模塊化教學(xué)機(jī)器人套件搭建的機(jī)器人上進(jìn)行調(diào)試根據(jù)問題進(jìn)行進(jìn)一步的完善以提高其競爭力,使它能真正用在機(jī)器人武術(shù)擂臺賽。2.2總體的設(shè)計(jì)方案及步驟閱讀相關(guān)的機(jī)器人、傳感器等文獻(xiàn),提出要研究的問題,并對要設(shè)計(jì)對象進(jìn)行分析。研究設(shè)計(jì),構(gòu)建研究課題的理論模型,研究現(xiàn)有武術(shù)擂臺機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)特性、控制系統(tǒng)特性的理論及有關(guān)技術(shù)。(3)在理論成熟的基礎(chǔ)上選擇設(shè)計(jì)運(yùn)動機(jī)構(gòu)和控制方法。(4)把知識進(jìn)行整理和匯總,對各個(gè)設(shè)計(jì)中遇到的問題進(jìn)行分析解答,初步的完成整體設(shè)計(jì)。(5)經(jīng)過實(shí)驗(yàn)調(diào)試過程,對設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行討論和分析,找出設(shè)計(jì)方案不足。根據(jù)比賽規(guī)則”每臺機(jī)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300mm×300mm的正方形或者直徑50mm的圓形,高度不超過400mm。比賽開始后機(jī)器人能夠自主變形,不再受尺寸限制。變形過程不得由人工遙控。機(jī)器人行走裝置、攻擊防守裝置所采用的結(jié)構(gòu)形式不限,可是不允許使用帶有‘發(fā)射’或者爆炸性質(zhì)的裝置,比賽時(shí)間是2min。根據(jù)此我們提出了如下設(shè)計(jì)思路和策略。我們準(zhǔn)備實(shí)施自衛(wèi)防御型設(shè)計(jì)方案,主要是在黑圓附近展開對碰,在2分鐘完成時(shí)盡量占領(lǐng)黑圓圈。為此我們的防御型機(jī)器人在硬件上采取3條策略。:質(zhì)量盡可能接近所要求的最大值,加強(qiáng)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(jī)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(jī)器人應(yīng)輕巧靈活,前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)動動作應(yīng)自如流暢,并具有較快的行進(jìn)速度。同時(shí),雙方由于雙方機(jī)器人在攻防過程中將發(fā)生激烈的沖撞,進(jìn)行制約與反制約的較量,因此還要求機(jī)器人穩(wěn)定性好,結(jié)構(gòu)有一定的剛度,其它一些連接或固定用的小構(gòu)件也是自己根據(jù)需要進(jìn)行專門加工制作,其它一些采用了創(chuàng)意之星的機(jī)器人套件。我們的機(jī)器人在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上引用了四輪四驅(qū)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),由于四輪驅(qū)動有較強(qiáng)的牽引附著性能,同時(shí)還有較好的操作性和靈活機(jī)動性能。利用四輪速度差協(xié)調(diào)控制轉(zhuǎn)彎和運(yùn)動的方案,根據(jù)灰度傳感器實(shí)時(shí)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(jī)驅(qū)動部分采用DC12V電源供電,以此來增大電機(jī)的轉(zhuǎn)速和對敵方的攻擊力度。

第三章擂臺機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1直流電機(jī)選擇有刷直流電機(jī)選型計(jì)算:(1)估算電樞電阻Ra:Σ△Pn=輸入功率-輸出功率(2-1)=UnIn-Pn=UnIn-ηUnIn=(1-η)UnInRa=(0.5~0.75)(1-Pn/UnIn)Un/In(2)求KeΨn,額定運(yùn)行條件下的反電勢等于KΨn=U?IraKeψn=(Un-InRa)/nN(2-2)Keψn=0.34(3)求理想空載轉(zhuǎn)速:n0=Un/(Keψn)=14.7r/s=140rpm(2-3)(4)求工作時(shí)轉(zhuǎn)矩｛TN1｝=9.55｛PN｝/nN=0.17N·M(2-4)(5)計(jì)算電機(jī)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KeΨn=0.81,根據(jù)(3)中公式求出理想空載轉(zhuǎn)速n0=140rpm,根據(jù)(4)中公式求出理想轉(zhuǎn)矩為｛TN2｝=9.55｛PN｝/nN=0.98N·M(2-5)由于N1T<N2T,工作時(shí)其它各項(xiàng)數(shù)據(jù)都比電機(jī)的額定值小,不超出電機(jī)的額定工作范圍,而且各項(xiàng)數(shù)據(jù)都接近電機(jī)的參數(shù)。故選用”創(chuàng)意之星”套件中的直流電機(jī)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(jī)功率大其結(jié)構(gòu)為空心杯直流電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。配套的減速器也具有良好的機(jī)械性能非常適合作為輪子驅(qū)動。由于比賽時(shí)間是2min電源選用3節(jié)3.7V鋰電池作為電機(jī)的驅(qū)動電源?！眲?chuàng)意之星”標(biāo)準(zhǔn)配備的直流電機(jī)FAULHABER234212CR帶行星齒輪減速器參數(shù)圖3-1所示。圖3-1電機(jī)參數(shù)直流有刷電機(jī)的最大弱點(diǎn)就是有電流的換向問題,消耗有色金屬或石墨較多,成本高,運(yùn)行中的維護(hù)檢修也比較麻煩。因此,電機(jī)制造業(yè)中正在努力改進(jìn)交流電動機(jī)、無刷電機(jī)的性能,而且大量代替直流有刷電機(jī)?？墒窃谝苿訖C(jī)器人等場合,直流有刷電機(jī)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(diǎn),依然被大量使用。3.2機(jī)器人驅(qū)動芯片的選擇擂臺武術(shù)機(jī)器人的電機(jī)需要正反轉(zhuǎn)控制:為此這里采用L298雙通道直流電機(jī)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,能夠方便地控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn),既能夠用來驅(qū)動4個(gè)直流電機(jī),也能夠用來驅(qū)動感性負(fù)載.如繼電器、電磁閥、步進(jìn)電機(jī)等。L298每一路輸出正常能夠提供2A的直流電流,峰值電流可達(dá)4A。3.3機(jī)器人檢測結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)機(jī)器人的”眼睛””鼻子”和”耳朵”其實(shí)就是各種傳感器,機(jī)器人要自主地運(yùn)動,必須依賴與傳感器對外界環(huán)境的感知才能夠做出判斷。機(jī)器人經(jīng)過各種傳感器采集回來的信息傳回控制中心,再進(jìn)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(jī)器人行為的依據(jù)。為了使機(jī)器人在行走的時(shí)候繞開障礙物,能夠采用一個(gè)紅外測距傳感器不斷感知機(jī)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(yuǎn)近做出抉擇。當(dāng)這個(gè)距離很近時(shí),控制其行走裝置停止動作或改變運(yùn)動方向,避免發(fā)生碰撞。系統(tǒng)經(jīng)過將各類傳感器進(jìn)行合理配置和布局,利用多傳感器提供的綜合信息,經(jīng)過軟件對外界環(huán)境進(jìn)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(jī)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(shí)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(shí)間就能夠計(jì)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(shí)間的50KHz的超聲波并等待回波;在換能器接收到來自障礙物的反射聲波后,給MCU反饋脈沖信號,MCU即能夠發(fā)射和接收之間的時(shí)間長度和聲速計(jì)算出機(jī)器人與障礙物之間的距離。使用聲納的時(shí)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紅外測距傳感器當(dāng)前民用領(lǐng)域性能最好的、適合機(jī)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(jī)器人已經(jīng)靠近邊沿馬上轉(zhuǎn)彎或者掉頭。擂臺和地面存在比較大的高度差,我們經(jīng)過測距傳感器很容易發(fā)現(xiàn)這個(gè)高度落差,從而判斷出擂臺的邊沿。如下圖所示,在機(jī)器人上安裝一個(gè)測距傳感器,斜向下測量地面和機(jī)器人的距離,機(jī)器人到達(dá)擂臺邊沿時(shí),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邊沿探測示意圖用安裝在機(jī)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(qiáng)弱或有無對目標(biāo)物體進(jìn)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(shí)光電傳感器觸發(fā),當(dāng)光電傳感器到達(dá)邊緣時(shí),光電傳感器離開擂臺,此時(shí)機(jī)器人到達(dá)邊緣因此必須進(jìn)行緊急后退離開邊緣,以免掉落擂臺。默認(rèn)光電傳感器觸發(fā)時(shí)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:經(jīng)過紅外測距傳感器發(fā)現(xiàn)敵人,因?yàn)榧t外測距傳感器的測距范圍在10~80cm,然后與其碰撞。我們將傳感器布置在機(jī)器人兩側(cè),這樣能夠最大限度發(fā)現(xiàn)敵人。如下圖3-5所示:圖3-5敵人探測示意圖利用碰撞傳感器檢測是否與敵人發(fā)生碰撞:機(jī)器人在行進(jìn)過程中,當(dāng)遇與敵方機(jī)器人發(fā)生碰撞的情況,需根據(jù)具體情況選擇不同的攻防方式。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(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)值相比較,如果在標(biāo)準(zhǔn)值區(qū)間內(nèi),則機(jī)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(shí)底部3個(gè)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(yuǎn)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(shí)時(shí)探測。3.4機(jī)器人控制卡、電池的設(shè)計(jì)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(gè)以上動作序列,具有豐富的I/O口資源,有7路模擬量輸入端口、12路舵機(jī)控制端口和4個(gè)電機(jī)控制端口還能夠用于連接鍵盤、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(jī)器人,并可擴(kuò)展其它功能模塊,提供更多資源。電機(jī)及驅(qū)動電源的選擇,選用”創(chuàng)意之星”套件中的直流電機(jī),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(jī)功率大,其結(jié)構(gòu)為空心杯直流電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。配套的減速器也具有良好的機(jī)械性能,非常適合作為輪子驅(qū)動。由于比賽時(shí)間是2min,電源選用3節(jié)3.7V鋰電池作為電機(jī)的驅(qū)動電源。3.5機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)將整個(gè)機(jī)構(gòu)在UG軟件下進(jìn)行三維建模,模型如圖下圖3-7.3-8.3-9所示:圖3-7機(jī)器人底部示意圖圖3-8機(jī)器人側(cè)面示意圖圖3-9機(jī)器人俯視示意圖機(jī)器人部分零件圖3-10.3-11.3-12所示:圖3-10機(jī)器人殼體和底座圖3-11直流電機(jī)模型圖3-12光電及測距和碰撞傳感器模型機(jī)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(jī)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(shí)時(shí)探測。

第四章擂臺機(jī)器人控制系統(tǒng)4.1機(jī)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(jī)器人上進(jìn)行邏輯運(yùn)算,存儲各種控制信息,保持各種控制信息,控制機(jī)器人各個(gè)部件協(xié)調(diào)一致的工作。經(jīng)過程序它能分析出現(xiàn)的情況,能調(diào)整自己的動作以達(dá)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(biāo)如下表所示。UP-MultiFlex控制卡的性能指標(biāo)項(xiàng)目數(shù)據(jù)說明型號MultiFLEX1.0長/寬/高105/50/19mm不含20pin總線接口供電4.8~6.5VDC推薦4.8~6V。電壓超過6.5V可能損壞保護(hù)過流保護(hù)反接保護(hù)長時(shí)間電源反接仍可能損壞。過流保護(hù)生效后需要重新上電才能工作。靜態(tài)功耗0.3W保護(hù)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<GND+1.5V高電平>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(gè)復(fù)用模擬量輸入8個(gè)其中一個(gè)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(gè)M+,M-兩線制,最大每通道2A舵機(jī)輸出12個(gè)GND/VCC/SIG三線制(SIG為信號輸出)擴(kuò)展接口20線總線接口博創(chuàng)科技標(biāo)準(zhǔn)的總線接口。能夠經(jīng)過該接線接口擴(kuò)展其它外設(shè)。JTAG功能不支持ISP功能支持GND/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A—H引腳功能如下圖4-1所示:圖4-1MultlFLEX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(biāo)準(zhǔn)總線,能夠作為功能模塊安裝在機(jī)器人產(chǎn)品上使用。C:4路電機(jī)接口M1-M44路PWM電機(jī)驅(qū)動輸出。最大允許電流2A,最高輸出電壓為供電電壓。能夠支持各種小型直流有刷電機(jī)。D:RS-232串口(J5)標(biāo)準(zhǔn)的5針RS-232串行口。標(biāo)準(zhǔn)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0~5V模擬信號,在MultiFLEX控制卡中能夠轉(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5~6V),中間是電源(5~6V對應(yīng)圖上”+”號),外側(cè)是地線(GND,對應(yīng)圖上”-”號)。F:舵機(jī)控制PW0~PW11CH0~CH11舵機(jī)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(5~6V,對應(yīng)圖上”+”號),棕色是地線(GND,對應(yīng)圖上”-”號)。G:16路數(shù)字I/OIO0-IO1516路數(shù)字I/O能夠在UP-MRcommander軟件中被配置為輸入或者輸出。如果配置為輸入,每個(gè)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(gè)I/O口能夠輸出高低電平(高電平為電源電壓,低電平為0V),能夠用于驅(qū)動微型電機(jī)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5~6V),中間是電源(5~6V,對應(yīng)”+”號),外側(cè)是地線(GND,對應(yīng)圖上”-”號)。H:AVR單片機(jī)在線編程接口MultiFLEX控制卡使用AVRATMega128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(jī)上的C語言編譯環(huán)境交叉編譯好的二進(jìn)制文件能夠經(jīng)過該接口下載到處理器內(nèi)置的FLASH存儲器中運(yùn)行。5V動力電池組:5V用于為機(jī)器人驅(qū)動電機(jī)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:voidDodgeEdge(void){FindEdge();//開始檢測邊緣while(g_edge_find_flag)//如果到達(dá)邊緣{MoveBack(15);//機(jī)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(shí)輸出為低io_in=(uint8)(temp16>>8);io_in&=(FIND_ENEMY_SENSOR);//#defineFIND_ENEMY_SENSOR0x80if((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<3;i++)//120ms內(nèi)檢測再3次傳感器累加值大于2即說明傳感器輸入有效{delay(2);//延時(shí)2*20=40mstemp16=read_gpio();io_in=(uint8)(temp16>>8);io_in&=(FIND_ENEMY_SENSOR);//默認(rèn)傳感器觸發(fā)時(shí)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{(lán)g_enemy_find_times=0;//前超聲傳感器檢測敵人次數(shù)初始為0DodgeEdge();//開始檢測邊緣MoveOn(20);//前進(jìn)驅(qū)趕敵人FindEnemy();}else//即前后超聲傳感器都沒檢測到敵人{(lán)DodgeEdge();//開始檢測邊緣TurnRight(3);//轉(zhuǎn)動一個(gè)角度delay(10);FindEnemy();}武術(shù)擂臺賽機(jī)器人程序主函數(shù)說明如下intmain(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(shí)led才會亮IO8-IO15輸出信號為低0。g_find_redblock_mode=1;//進(jìn)入尋心模式delay(10);//延時(shí)10x0.1s=1s武術(shù)擂臺攻擊型機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)30FindRedBlockFirstTime();while(TRUE)//TRUE,FALSE{while(g_find_redblock_mode)//進(jìn)入尋心模式{FindblackBlock();//尋找擂臺黑色圓心}while(g_anti_enemy_mode)//進(jìn)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(jī)器人前行與后退;voidMoveOn(uint8move_time)//機(jī)器人前行{uint8array_dc[8]={0};//定義機(jī)器人運(yùn)動數(shù)組array_dc[0]=0;array_dc[1]=1*move_time;//電機(jī)運(yùn)動函數(shù)的分辨率為0.1s注意控制延時(shí)的長短array_dc[2]=0xFE;//左右前輪為12電機(jī)左右后輪為三四電機(jī)兩兩速度相反rray_dc[3]=1*move_time;array_dc[4]=0;array_dc[5]=1*move_time;rray_dc[6]=0xFE;array_dc[7]=1*move_time;dc_moto_control(array_dc);delay(5*move_time);}voidMoveBack(uint8move_time)//機(jī)器人后退{(lán)uint8array_dc[8]={0};array_dc[0]=0xFE;array_dc[1]=1*move_time;array_dc[2]=0;array_dc[3]=1*move_time;array_dc[4]=0xFE;array_dc[5]=1*move_time;array_dc[6]=0;array_dc[7]=1*move_time;dc_moto_control(array_dc);delay(5*move_time);}機(jī)器人左右轉(zhuǎn)轉(zhuǎn):voidTurnRight(uint8move_time)//機(jī)器人右轉(zhuǎn){uint8array_dc[8]={0};array_dc[0]=0;array_dc[1]=1*move_time;array_dc[2]=0;array_dc[3]=1*move_time;array_dc[4]=0;array_dc[5]=1*move_time;array_dc[6]=0;array_dc[7]=1*move_time;dc_moto_control(array_dc);delay(5*move_time);}voidTurnLeft(uint8move_time)//機(jī)器人3轉(zhuǎn){uint8array_dc[8]={0};array_dc[0]=0xFE;array_dc[1]=1*move_time;array_dc[2]=0xFE;array_dc[3]=1*move_time;array_dc[4]=0xFE;array_dc[5]=1*move_time;array_dc[6]=0xFE;array_dc[7]=1*move_time;dc_moto_control(array_dc);delay(5*move_time);}

第五章ADAMS仿真5.1Adams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,用戶能夠用其建造機(jī)械系統(tǒng)的模型,并在計(jì)算機(jī)上模擬機(jī)械系統(tǒng)的各種運(yùn)動。同時(shí),用戶還能夠?qū)δＰ瓦M(jìn)行運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)分析,定義多個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù),觀察在不同條件下模型的運(yùn)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(qiáng)大的建模仿真集成環(huán)境,并可對模型進(jìn)行參數(shù)化分析,用測試數(shù)據(jù)驗(yàn)證模型。ADAMS/Solver是ADAMS軟件的核