李慶洋

摘要：在眾多的機(jī)器人賽事當(dāng)中，武術(shù)擂臺(tái)機(jī)器人項(xiàng)目因?yàn)槠溆^賞性和趣味性吸引著越來越多的人參加。近年，因?yàn)楸荣愐?guī)則的改變，機(jī)器人由原來的斜坡上臺(tái)改為了無斜坡自主登臺(tái)，因此，對(duì)擂臺(tái)機(jī)器人又提出了新的要求，本文針對(duì)新規(guī)則設(shè)計(jì)出新的上臺(tái)裝置，并且在實(shí)戰(zhàn)當(dāng)中取得了不錯(cuò)的成績(jī)。

關(guān)鍵詞：武術(shù)擂臺(tái)；機(jī)器人；自主登臺(tái)

1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

機(jī)器人武術(shù)擂臺(tái)賽是一種對(duì)抗性比賽，比賽場(chǎng)地是正方形6cm高的矮臺(tái)，臺(tái)上即為擂臺(tái)場(chǎng)地，場(chǎng)地四周700mm處有高500mm的方形黑色圍欄。比賽時(shí)需要參賽雙方機(jī)器人自主登上6cm高的比賽場(chǎng)地，尋找對(duì)手并將對(duì)手推下擂臺(tái)。在此過程中，如機(jī)器人掉下或被推下擂臺(tái)，機(jī)器人需要自主登上擂臺(tái)繼續(xù)比賽，如在10秒倒計(jì)時(shí)后仍未能登臺(tái)，則給對(duì)方加1分，隨后以每10秒得1分給對(duì)方加分，直至機(jī)器人登上擂臺(tái)[1]。因此，如何能快速簡(jiǎn)單的登臺(tái)在比賽中變得至關(guān)重要。

2 武術(shù)擂臺(tái)機(jī)器人的登臺(tái)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 新的比賽要求

傳統(tǒng)的武術(shù)擂臺(tái)賽的場(chǎng)地為大小為長(zhǎng)、寬分別為是 2400 mm，高 150mm 的正方形矮臺(tái)，臺(tái)上表面即為擂臺(tái)場(chǎng)地。場(chǎng)地的兩個(gè)角落設(shè)有坡道，機(jī)器人從出發(fā)區(qū)啟動(dòng)后，沿著該坡道走上擂臺(tái)[2]。

新的武術(shù)擂臺(tái)賽比賽場(chǎng)地是大小為長(zhǎng)、寬分別為是 2400 mm，高 60mm 的正方形矮臺(tái)，臺(tái)上表面即為擂臺(tái)場(chǎng)地。無斜坡，機(jī)器人從出發(fā)區(qū)啟動(dòng)后，可以從任意地方登臺(tái)。

2.2 上臺(tái)裝置設(shè)計(jì)

因?yàn)樾碌谋荣愐?guī)則去除了坡道的設(shè)置，所以機(jī)器人要想登上60mm高的擂臺(tái)，必須要對(duì)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，為登臺(tái)設(shè)計(jì)專門的機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的自主登臺(tái)。

根據(jù)對(duì)比賽場(chǎng)地的分析，登上60mm高的擂臺(tái)方式有如下幾種：

2.2.1 直接登臺(tái)式

可以使用半徑大于60mm的車輪或者使用履帶結(jié)構(gòu)，這樣機(jī)器人可以直接走上擂臺(tái)。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是上臺(tái)很迅速。缺點(diǎn)是提高了機(jī)器人的重心，在比賽當(dāng)中容易被對(duì)方推下臺(tái)，進(jìn)攻上靈活性較低。

2.2.2 攀爬式

可以利用攀爬機(jī)構(gòu)，使機(jī)器人爬上擂臺(tái)，例如使用舵機(jī)，在機(jī)器人的前后各安裝2個(gè)舵機(jī)，利用舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度，驅(qū)動(dòng)爪子，構(gòu)成攀爬結(jié)構(gòu)使擂臺(tái)機(jī)器人爬上擂臺(tái)。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是不改變機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，進(jìn)攻靈活、重心低防御力強(qiáng)。缺點(diǎn)是需要安裝四個(gè)舵機(jī)，而機(jī)器人的大小是有限制的，四個(gè)舵機(jī)會(huì)很占用機(jī)器人的空間，并且舵機(jī)的增加，又使得機(jī)器人出現(xiàn)故障的幾率增加，上臺(tái)速度較慢。

對(duì)比上述兩種登臺(tái)方式各自的優(yōu)缺點(diǎn)和實(shí)際實(shí)驗(yàn)，我們?cè)O(shè)計(jì)出一種新的上臺(tái)裝置，上臺(tái)裝置為一個(gè)弧形板或平面板，安裝在機(jī)器人的尾部，與車身下層底盤的角度為120°140°之間如下圖所示。

這種上臺(tái)裝置只需要機(jī)器人后端朝著擂臺(tái)提供一定的速度即可輕松沖上擂臺(tái)，不需要其他額外的動(dòng)力裝置和機(jī)械裝置。

2.3 其他硬件結(jié)構(gòu)

配合上臺(tái)裝置完成上臺(tái)的還需要其它硬件結(jié)構(gòu)，控制器選擇基于STM32單片機(jī)的LUBY控制器；電機(jī)選擇24V900轉(zhuǎn)納英特60W直流電機(jī)，配合駝峰輪使用。傳感器選擇4個(gè)紅外光電傳感器和4個(gè)紅外測(cè)距傳感器，分別安裝在機(jī)器人的前后左右的上下端，紅外光電傳感器的安裝高度要低于60mm（擂臺(tái)高度），紅外測(cè)距傳感器的安裝高度要高于60mm。傳感器主要用于檢測(cè)機(jī)器人所處的位置，做出相應(yīng)的調(diào)整動(dòng)作，完成上臺(tái)。

3 具體實(shí)施過程

首先通過傳感器的狀態(tài)來判斷武術(shù)擂臺(tái)機(jī)器人是否在擂臺(tái)上，當(dāng)四個(gè)紅外光電傳感器當(dāng)中有兩個(gè)或兩個(gè)以上輸出低電平的時(shí)候，說明擂臺(tái)機(jī)器人在臺(tái)下（機(jī)器人位于圍欄和擂臺(tái)之間），然后控制器判斷機(jī)器人的朝向并輸出控制信號(hào)：

（1）當(dāng)前紅外光電傳感器和后紅外光電傳感器處于低電平并且前紅外測(cè)距傳感器高于設(shè)定閾值時(shí)，說明機(jī)器人車頭朝圍欄車尾朝擂臺(tái)邊沿，使機(jī)器人向前移動(dòng)一小段距離留出加速空間，再使機(jī)器人向后高速移動(dòng)沖上擂臺(tái)。

（2）當(dāng)前紅外光電傳感器和后紅外光電傳感器處于低電平并且后紅外測(cè)距傳感器高于設(shè)定閾值時(shí)，說明機(jī)器人車尾朝圍欄車頭朝擂臺(tái)邊沿，使機(jī)器人原地旋轉(zhuǎn)180度后，向前移動(dòng)一小段距離留出加速空間，再使機(jī)器人向后高速移動(dòng)沖上擂臺(tái)；

（3）當(dāng)左紅外光電傳感器和右紅外光電傳感器處于低電平并且左紅外測(cè)距傳感器高于設(shè)定閾值時(shí)，說明機(jī)器人左側(cè)朝圍欄右側(cè)朝擂臺(tái)邊沿，使機(jī)器人原地逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度后，向前移動(dòng)一小段距離留出加速空間，再使機(jī)器人向后高速移動(dòng)沖上擂臺(tái)；

（4）當(dāng)左紅外光電傳感器和右紅外光電傳感器處于低電平并且右紅外測(cè)距傳感器高于設(shè)定閾值時(shí)，說明機(jī)器人右側(cè)朝圍欄左側(cè)朝擂臺(tái)邊沿，使機(jī)器人原地順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度后，向前移動(dòng)一小段距離留出加速空間，再使機(jī)器人向后高速移動(dòng)沖上擂臺(tái)。

4 結(jié)語

本文根據(jù)武術(shù)擂臺(tái)賽的新規(guī)則，為滿足機(jī)器人自主登臺(tái)的需要，通過分析擂臺(tái)的布置和機(jī)器人的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出一種快速登臺(tái)的上臺(tái)裝置，不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而且上臺(tái)的效率和成功率也很高，在實(shí)際比賽當(dāng)中也取得了理想的成績(jī)，驗(yàn)證了此種登臺(tái)方式是目前非常簡(jiǎn)單易行的方式。

參考文獻(xiàn)：

[1]2017中國(guó)機(jī)器人大賽武術(shù)擂臺(tái)賽無差別1vs1項(xiàng)目比賽規(guī)則.

[2]2015機(jī)器人武術(shù)擂臺(tái)賽規(guī)則標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)無差別組（1VS1）.

[3]張永清，王巖，孫黎.基于武術(shù)擂臺(tái)賽無差別組輪式機(jī)器人的開發(fā)設(shè)計(jì)與關(guān)鍵技術(shù)研究[J].河北建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2017，35（02）：114117.