崔　櫻　楊晶東

摘要：首先提出了雙足足球機(jī)器人的體系結(jié)構(gòu)。然后給出了基本步態(tài)算法，針對(duì)FIRA類人型項(xiàng)目比賽規(guī)則·提出了全新的雙足足球機(jī)器人守門(mén)策略，最后給出了分析測(cè)距試驗(yàn)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了測(cè)距準(zhǔn)確性和守門(mén)策略的合理性。

關(guān)鍵詞：守門(mén)策略射門(mén)策略取足足球機(jī)器人

中圖分類號(hào)TP242.6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)：1002-2422(2007)03-0002-03

1制體系結(jié)構(gòu)

雙足機(jī)器人每條腿共有6個(gè)自由度，分別腿部髖關(guān)節(jié)(3個(gè))、膝關(guān)節(jié)(1個(gè))、踝關(guān)節(jié)(2個(gè))。詳細(xì)的體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2基本步態(tài)算法

ZMP(zero moment point)是行走地面上的一點(diǎn)，在該點(diǎn)由作用在機(jī)器人上的主動(dòng)力和主動(dòng)力矩所產(chǎn)生的合力矩水平方向分量為零?；谶@種概念可以得出結(jié)論：

如果支撐作用的膝關(guān)節(jié)保持恒定，我們就可以推導(dǎo)出ZMP在穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)踝關(guān)節(jié)的扭矩范圍。此結(jié)果是適應(yīng)于避障行走、快速行走、爬樓梯等動(dòng)、靜態(tài)步伐，在滿足動(dòng)態(tài)平衡的情況下最大速度可以達(dá)到3cm／s。

3測(cè)距策略

哈工大足球機(jī)器人測(cè)距過(guò)程是通過(guò)CCD傳感器和頭部伺服電機(jī)位置信息融合來(lái)實(shí)現(xiàn)的。首先通過(guò)頭部的俯仰、水平伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)跟蹤目標(biāo)物體(球)，經(jīng)過(guò)找球并且對(duì)中到攝像機(jī)的視野中央后，頭部的俯仰伺服電機(jī)就會(huì)對(duì)應(yīng)一個(gè)十六進(jìn)制電機(jī)值PWMY。不同的距離處，對(duì)應(yīng)的俯仰電機(jī)值會(huì)不同，俯仰角度n也不同，這個(gè)角度和所測(cè)距離L_x就會(huì)有一定的函數(shù)關(guān)系，我們利用幾何三角函數(shù)知識(shí)可以得到函數(shù)關(guān)系式。

4守門(mén)策略

守門(mén)策略是一項(xiàng)容易被忽視的策略，從第四屆FIRA比賽的情況來(lái)看，各參賽隊(duì)都沒(méi)有做這一策略，各隊(duì)機(jī)器人守門(mén)時(shí)都選擇原地不動(dòng)，等待對(duì)方射門(mén)。其實(shí)這種策略是不完備的。其主要原因如下：

(1)由于球門(mén)很寬，一旦球被射偏一些，很容易進(jìn)球得分。

(2)守門(mén)員出擊行進(jìn)的距離要遠(yuǎn)小于射門(mén)員走的距離，所以守門(mén)員完全有時(shí)間在射門(mén)員射門(mén)之前出擊封堵進(jìn)球路線，增加對(duì)方的射門(mén)難度。

(3)跟據(jù)FIRA比賽規(guī)則，若守門(mén)員擋住射門(mén)員的射門(mén)的成績(jī)相當(dāng)于射門(mén)員沒(méi)有射進(jìn)，所以守門(mén)策略做的好，同樣會(huì)取得比賽勝利。圖4給出了守門(mén)員出擊路徑規(guī)劃策略示意圖。

其詳細(xì)的守門(mén)流程如下：

步驟1：初始化伺服電機(jī)、數(shù)字羅盤(pán)方向角a、視覺(jué)通訊端口；

步驟2：按全局分區(qū)標(biāo)定調(diào)色板參數(shù)掃描球所在的區(qū)域△ABC；

步驟3：IF RGB∈標(biāo)定閾值，IF RGB∈左側(cè)閾值，t=1，ELSE右側(cè)閾值t=2，跳轉(zhuǎn)步驟4；ELSE重復(fù)步驟2。

步驟4：把球?qū)χ械揭曈X(jué)視野中央；

步驟5：記錄當(dāng)前俯仰、水平電機(jī)對(duì)應(yīng)的十六進(jìn)制電機(jī)值，測(cè)距并計(jì)算靜態(tài)橫向移動(dòng)步數(shù)；

步驟6：還原水平電機(jī)到初始位置；

步驟7：IF t=1向左側(cè)移動(dòng)，

ELSE

向右側(cè)移動(dòng)：

步驟8：分開(kāi)雙腿呈V字形守門(mén)動(dòng)作。

5試驗(yàn)分析

雙足機(jī)器人測(cè)距過(guò)程是通過(guò)CCD傳感器和頭部伺服電機(jī)的綜合參數(shù)測(cè)得的，平均誤差率為0.2741。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：

(1)測(cè)距實(shí)驗(yàn)受機(jī)器人的所處位置和自身姿態(tài)等因素影響很大，機(jī)器人站立位置和姿勢(shì)稍有變化都會(huì)對(duì)測(cè)距的準(zhǔn)確性有很大影響，所以這一誤差率是正常的。

(2)測(cè)距的目的是設(shè)定機(jī)器人橫行移動(dòng)步數(shù)，如果誤差過(guò)大可以在設(shè)定步數(shù)值時(shí)加以修正。加之，測(cè)距對(duì)其準(zhǔn)確性要求不高，只要能保證機(jī)器人快速找到球的準(zhǔn)確位置并橫向?qū)?zhǔn)球即可。

(3)設(shè)定行走步數(shù)時(shí)一定要有余量，不要越過(guò)能夠封堵地方向。

比賽結(jié)果證明這一測(cè)距過(guò)程是能滿足比賽要求的。