武术擂台仿人机器人系统及电路设计毕业设计论文(编辑修改稿)

武术擂台仿人机器人系统及电路设计毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

如下的设计目标： （ 1） 从出发区出发， 10秒内自主登上擂台区域 ； （ 2） 确定我方机器人在场地的大概位置和方向 ； （ 3） 能自主寻找中心区域 ，以在未探测到对方时自主找到擂台中心区； （ 4） 寻找并接近棋子、寻找并接近敌方机器人 ； （ 5） 推动棋子到达擂台边沿 ； （ 6） 与敌方机器人对抗，避免被推下擂台，能够推动敌方 ； （ 7） 在遭受敌方机器人攻击时能保护自己（如具备一定的隐身和迷惑功能等，减少和避免受到敌方机器人的攻击），并具有一定的反击能力 ； （ 8） 检测擂台的范围，避免掉下擂台 ； （ 9） 检测我方姿态，防止摔倒，摔倒时能够快速自行站立 ； （ 10） 能够识别圆柱体，并作举起动作 ； （ 11） 具备有效的抓举装置，能够举起圆柱体 ； 4 （ 12） 能够检测举起任务是否成 功，如果不成功能够重新尝试举起。 应战策略 登上擂台 在机器人启动后，机器人依靠边缘检测传感器群引导到擂台中心，不启动其他传感器的检测； 将棋子推下擂台 推棋子时，机器人需要做三件事情：寻找棋子，推动棋子，自身定位。 寻找棋子的实现主要依赖于灰度传感器和测距传感器。 传感器的布局至关重要，机器人必须能够通过灰度传感器定位自己的位置，通过测距传感器确定棋子的位置。 因此，构型设计时必须合理布置传感器位置。 比赛中输赢的关键是把敌方推出场外，所以可以采用被动式策略寻找棋子，即机器人按照某种 策略漫游，如果检测到棋子就把棋子推出场外，否则机器人继续漫游。 当把棋子推出场外时，机器人会接近擂台边沿，此时机器人需要适当调整自己状态 (速度，位置 )以防止掉出擂台 [4]。 这个过程中机器人的自身定位非常重要。 找到棋子之后，如何将它们推下擂台呢。 两种方法： 闷头往前直走，不管怎么都不转弯，这样一定能走到擂台的边沿，也能够将棋子推下擂台。 通过识别场地的灰度，判断出机器人的位置和方向，对准最近的边沿前进。 方案一胜在简单，程序实现难度小。 但是可能出现机器人需要推动棋子走过超过半个场地才能到达边沿的情况。 这个 过程可能出现敌方干扰、推挤，失败的概率很高。 方案二实现的难度比较高一些，但是效率高。 将敌方推下擂台 我们可以想象，两只斗牛相互推挤，赢的一定是力气比较大的一方。 首先需要考虑，什么因素会影响机器人的推力。 在现实生活中我们会看到两种现象： （ 1） 一辆汽车在爬坡，但是动力不足，反而慢慢从坡上滑了下来 ； （ 2） 汽车在泥地上面行走，但走不快，因为轮子总是在打滑。 上面两个例子可以得到影响汽车行进效果的两个因素： 动力不足。 摩擦力不够。 如果动力不足，我们 的机器人 可能会被敌方的小车推得轮子倒着转。 如 果摩擦力不够， 机器人 在推挤时轮子会打滑，轮子一直在转，但 机器人 就是不能往前走。 推动敌方和推动棋子要做的事情是一样的，即：寻找敌方 → 推动敌方 → 自身定位。 不同的是，推动敌方需要更大的动力，而且自身定位更加重要。 如果己方被敌方推动时，己方就必须能够及时摆脱或者进行抵抗。 所以，在比赛规则允许的条件下， 机器人 质量尽 可能接近所要求的最大值， 尽量增加机器人的 动力输出、 以及 轮子的接地面积。 我们 采用 四轮驱动方案， 两 轮驱动方案重量和推力都不够。 六 轮驱动方案不好转弯，机器人不够灵活。 5 避免被敌方推下擂台。 如果我 方机器人在前进时被敌方从后面推挤，并且我方的机器人没有察觉，会出现什么情况呢。 我方机器人的动力方向和敌方机器人的动力方向刚好一致，敌方不费吹灰之力就可以将我方机器人推下擂台。 所以机器人需要能够察觉这种正在被推挤的状态 ，并且能够通过掉头、转弯、后退等手段避开或对抗敌方机器人的推挤。 „„ „„ „„ „„ „„ „„ 6 4 决策系统 设计 软件体系结构 Eclipse 是一个开放源代码的、基于 Java 的可扩展开发平台。 就其本身而言，它只是一个框架和一组服务，用于通过插件组件构建开发环境。 虽然大多数用户 很乐于将 Eclipse 当作 Java IDE 来使用，但 Eclipse 的目标不仅限于此。 Eclipse 还包括插件开发环境（ Plugin Development Environment， PDE），这个组件主要针对希望扩展 Eclipse 的软件开发人员，因为它允许他们构建与 Eclipse 环境无缝集成的工具。 由于 Eclipse 中的每样东西都是插件，对于给 Eclipse 提供插件，以及给用户提供一致和统一的集成开发环境而言，所有工具开发人员都具有同等的发挥场所。 „„ 机器人舵机 CDS5500 机器人舵机和控制器之间采用问答方式通信， „„ 通信方式为串行异步方式，一帧数据分为 1 位起始位， 8 位数据位和 1位停止位，无奇偶校验位，共 10 位，其指令包格式如表 41。 表 41 CDS5500 通讯指令包 字头 ID号 数据长度 指令 参数 校验和 0XFF 0XFF ID Length Instruction Parameter1 ...Parameter N Check Sum 本设计 使用 以上通讯格式控制机器人上肢舵机的动作 ，其控制程序见附录 1。 本设计在实际调试时，大多采用 灰度梯度标定法 标定 灰度 数据。 表 61 是在一次调试中测得的数据。 表 61 灰度梯度标定 数据 前 后 右 左 前 右 前 后 后 右 前 左 右 左 灰度均值 244 207 234 261 10 37 27 17 27 339 283 305 355 34 56 22 16 50 493 453 425 505 68 40 28 12 80 469 551 537 482 567 69 14 55 16 85 612 614 537 621 75 2 77 6 84 596 注：表中“前”表示安装在前面的灰度传感器，“前‐后”表示前面传感器减去后面传感器的差值。 根据表中数据可以看出，除左边的灰度传感器，其它三个灰度传感器的值一致性较好。 7 可以根据这三个传感器的值来判断机器人当前的方向。 另外可以根据 4 个灰度传感器的平均值来判断机器人在场地上的位置。 接近场地中心时，平均值较小，接近场地边沿时，平均值较大。 得到这些逻辑，就可以在编写控制程序时使用。 红外测距传感器的标定 红外测距传感器的输出是非线性的，所以需要对其进行标 定。 其标定比较简单，使用直尺就可以进行传感器的标定。 红外开关 的 校准 由于擂台外 70cm 处有白色的围栏，为了防止误判断，同时增加红外探测的稳定性，寻敌 红外开关 的探测距离调在 65cm。 运动轨迹的调 校 机器人发现侧边有障碍物并要对障碍物发起攻击时， 机器人 转弯 的 幅度 要迅速、合适，才能在转弯后面对障碍物并对障碍物发起攻击。 另外， 不同状态下的 行进速度 也不一样，例如在没有发现障碍物的时候，行进速度可以稍微降低；当发现敌方机器人在前方时，机器人应该加速前进 ；当机器人发现正处于边缘时，应该迅速逃离。 8 7 总结 与展望 本文正是一个本着学习、实践和创新的思 想的机器人设计。 让机器人根据比赛现场复杂的环境变化，按照自己 的想法和目的战斗。 我选。