武術(shù)擂臺(tái)仿人機(jī)器人系統(tǒng)及電路設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文(編輯修改稿)
2024-10-03 11:01 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 如下的設(shè)計(jì)目標(biāo)： （ 1） 從出發(fā)區(qū)出發(fā)， 10秒內(nèi)自主登上擂臺(tái)區(qū)域 ； （ 2） 確定我方機(jī)器人在場(chǎng)地的大概位置和方向 ； （ 3） 能自主尋找中心區(qū)域 ，以在未探測(cè)到對(duì)方時(shí)自主找到擂臺(tái)中心區(qū)； （ 4） 尋找并接近棋子、尋找并接近敵方機(jī)器人 ； （ 5） 推動(dòng)棋子到達(dá)擂臺(tái)邊沿 ； （ 6） 與敵方機(jī)器人對(duì)抗，避免被推下擂臺(tái)，能夠推動(dòng)敵方 ； （ 7） 在遭受敵方機(jī)器人攻擊時(shí)能保護(hù)自己（如具備一定的隱身和迷惑功能等，減少和避免受到敵方機(jī)器人的攻擊），并具有一定的反擊能力 ； （ 8） 檢測(cè)擂臺(tái)的范圍，避免掉下擂臺(tái) ； （ 9） 檢測(cè)我方姿態(tài)，防止摔倒，摔倒時(shí)能夠快速自行站立 ； （ 10） 能夠識(shí)別圓柱體，并作舉起動(dòng)作 ； （ 11） 具備有效的抓舉裝置，能夠舉起圓柱體 ； 4 （ 12） 能夠檢測(cè)舉起任務(wù)是否成 功，如果不成功能夠重新嘗試舉起。 應(yīng)戰(zhàn)策略 登上擂臺(tái) 在機(jī)器人啟動(dòng)后，機(jī)器人依靠邊緣檢測(cè)傳感器群引導(dǎo)到擂臺(tái)中心，不啟動(dòng)其他傳感器的檢測(cè)； 將棋子推下擂臺(tái) 推棋子時(shí)，機(jī)器人需要做三件事情：尋找棋子，推動(dòng)棋子，自身定位。尋找棋子的實(shí)現(xiàn)主要依賴(lài)于灰度傳感器和測(cè)距傳感器。傳感器的布局至關(guān)重要，機(jī)器人必須能夠通過(guò)灰度傳感器定位自己的位置，通過(guò)測(cè)距傳感器確定棋子的位置。因此，構(gòu)型設(shè)計(jì)時(shí)必須合理布置傳感器位置。比賽中輸贏的關(guān)鍵是把敵方推出場(chǎng)外，所以可以采用被動(dòng)式策略尋找棋子，即機(jī)器人按照某種 策略漫游，如果檢測(cè)到棋子就把棋子推出場(chǎng)外，否則機(jī)器人繼續(xù)漫游。當(dāng)把棋子推出場(chǎng)外時(shí)，機(jī)器人會(huì)接近擂臺(tái)邊沿，此時(shí)機(jī)器人需要適當(dāng)調(diào)整自己狀態(tài) (速度，位置 )以防止掉出擂臺(tái) [4]。這個(gè)過(guò)程中機(jī)器人的自身定位非常重要。 找到棋子之后，如何將它們推下擂臺(tái)呢？?jī)煞N方法： 悶頭往前直走，不管怎么都不轉(zhuǎn)彎，這樣一定能走到擂臺(tái)的邊沿，也能夠?qū)⑵遄油葡吕夼_(tái)。 通過(guò)識(shí)別場(chǎng)地的灰度，判斷出機(jī)器人的位置和方向，對(duì)準(zhǔn)最近的邊沿前進(jìn)。 方案一勝在簡(jiǎn)單，程序?qū)崿F(xiàn)難度小。但是可能出現(xiàn)機(jī)器人需要推動(dòng)棋子走過(guò)超過(guò)半個(gè)場(chǎng)地才能到達(dá)邊沿的情況。這個(gè) 過(guò)程可能出現(xiàn)敵方干擾、推擠，失敗的概率很高。方案二實(shí)現(xiàn)的難度比較高一些，但是效率高。 將敵方推下擂臺(tái) 我們可以想象，兩只斗牛相互推擠，贏的一定是力氣比較大的一方。 首先需要考慮，什么因素會(huì)影響機(jī)器人的推力。在現(xiàn)實(shí)生活中我們會(huì)看到兩種現(xiàn)象： （ 1） 一輛汽車(chē)在爬坡，但是動(dòng)力不足，反而慢慢從坡上滑了下來(lái) ； （ 2） 汽車(chē)在泥地上面行走，但走不快，因?yàn)檩喿涌偸窃诖蚧? 上面兩個(gè)例子可以得到影響汽車(chē)行進(jìn)效果的兩個(gè)因素： 動(dòng)力不足。 摩擦力不夠。如果動(dòng)力不足，我們 的機(jī)器人 可能會(huì)被敵方的小車(chē)推得輪子倒著轉(zhuǎn)。如 果摩擦力不夠， 機(jī)器人 在推擠時(shí)輪子會(huì)打滑，輪子一直在轉(zhuǎn)，但 機(jī)器人 就是不能往前走。 推動(dòng)敵方和推動(dòng)棋子要做的事情是一樣的，即：尋找敵方 → 推動(dòng)敵方 → 自身定位。不同的是，推動(dòng)敵方需要更大的動(dòng)力，而且自身定位更加重要。如果己方被敵方推動(dòng)時(shí)，己方就必須能夠及時(shí)擺脫或者進(jìn)行抵抗。 所以，在比賽規(guī)則允許的條件下， 機(jī)器人 質(zhì)量盡 可能接近所要求的最大值， 盡量增加機(jī)器人的 動(dòng)力輸出、 以及 輪子的接地面積。我們 采用 四輪驅(qū)動(dòng)方案， 兩 輪驅(qū)動(dòng)方案重量和推力都不夠。 六 輪驅(qū)動(dòng)方案不好轉(zhuǎn)彎，機(jī)器人不夠靈活。 5 避免被敵方推下擂臺(tái)。 如果我 方機(jī)器人在前進(jìn)時(shí)被敵方從后面推擠，并且我方的機(jī)器人沒(méi)有察覺(jué)，會(huì)出現(xiàn)什么情況呢？ 我方機(jī)器人的動(dòng)力方向和敵方機(jī)器人的動(dòng)力方向剛好一致，敵方不費(fèi)吹灰之力就可以將我方機(jī)器人推下擂臺(tái)。所以機(jī)器人需要能夠察覺(jué)這種正在被推擠的狀態(tài) ，并且能夠通過(guò)掉頭、轉(zhuǎn)彎、后退等手段避開(kāi)或?qū)箶撤綑C(jī)器人的推擠。 ?? ?? ?? ?? ?? ?? 6 4 決策系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 軟件體系結(jié)構(gòu) Eclipse 是一個(gè)開(kāi)放源代碼的、基于 Java 的可擴(kuò)展開(kāi)發(fā)平臺(tái)。就其本身而言，它只是一個(gè)框架和一組服務(wù)，用于通過(guò)插件組件構(gòu)建開(kāi)發(fā)環(huán)境。雖然大多數(shù)用戶(hù) 很樂(lè)于將 Eclipse 當(dāng)作 Java IDE 來(lái)使用，但 Eclipse 的目標(biāo)不僅限于此。 Eclipse 還包括插件開(kāi)發(fā)環(huán)境（ Plugin Development Environment， PDE），這個(gè)組件主要針對(duì)希望擴(kuò)展 Eclipse 的軟件開(kāi)發(fā)人員，因?yàn)樗试S他們構(gòu)建與 Eclipse 環(huán)境無(wú)縫集成的工具。由于 Eclipse 中的每樣?xùn)|西都是插件，對(duì)于給 Eclipse 提供插件，以及給用戶(hù)提供一致和統(tǒng)一的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境而言，所有工具開(kāi)發(fā)人員都具有同等的發(fā)揮場(chǎng)所。 ?? 機(jī)器人舵機(jī) CDS5500 機(jī)器人舵機(jī)和控制器之間采用問(wèn)答方式通信， ?? 通信方式為串行異步方式，一幀數(shù)據(jù)分為 1 位起始位， 8 位數(shù)據(jù)位和 1位停止位，無(wú)奇偶校驗(yàn)位，共 10 位，其指令包格式如表 41。 表 41 CDS5500 通訊指令包 字頭 ID號(hào) 數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 指令 參數(shù) 校驗(yàn)和 0XFF 0XFF ID Length Instruction Parameter1 ...Parameter N Check Sum 本設(shè)計(jì) 使用 以上通訊格式控制機(jī)器人上肢舵機(jī)的動(dòng)作 ，其控制程序見(jiàn)附錄 1 。 本設(shè)計(jì)在實(shí)際調(diào)試時(shí)，大多采用 灰度梯度標(biāo)定法 標(biāo)定 灰度 數(shù)據(jù) 。表 61 是在一次調(diào)試中測(cè)得的數(shù)據(jù)。 表 61 灰度梯度標(biāo)定 數(shù)據(jù) 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”表示安裝在前面的灰度傳感器，“前‐后”表示前面?zhèn)鞲衅鳒p去后面?zhèn)鞲衅鞯牟钪怠? 根據(jù)表中數(shù)據(jù)可以看出，除左邊的灰度傳感器，其它三個(gè)灰度傳感器的值一致性較好。 7 可以根據(jù)這三個(gè)傳感器的值來(lái)判斷機(jī)器人當(dāng)前的方向。另外可以根據(jù) 4 個(gè)灰度傳感器的平均值來(lái)判斷機(jī)器人在場(chǎng)地上的位置。接近場(chǎng)地中心時(shí)，平均值較小，接近場(chǎng)地邊沿時(shí)，平均值較大。得到這些邏輯，就可以在編寫(xiě)控制程序時(shí)使用。 紅外測(cè)距傳感器的標(biāo)定 紅外測(cè)距傳感器的輸出是非線(xiàn)性的，所以需要對(duì)其進(jìn)行標(biāo) 定。其標(biāo)定比較簡(jiǎn)單，使用直尺就可以進(jìn)行傳感器的標(biāo)定。 紅外開(kāi)關(guān) 的 校準(zhǔn) 由于擂臺(tái)外 70cm 處有白色的圍欄，為了防止誤判斷，同時(shí)增加紅外探測(cè)的穩(wěn)定性，尋敵 紅外開(kāi)關(guān) 的探測(cè)距離調(diào)在 65cm。 運(yùn)動(dòng)軌跡的調(diào) 校 機(jī)器人發(fā)現(xiàn)側(cè)邊有障礙物并要對(duì)障礙物發(fā)起攻擊時(shí)， 機(jī)器人 轉(zhuǎn)彎 的 幅度 要迅速、合適，才能在轉(zhuǎn)彎后面對(duì)障礙物并對(duì)障礙物發(fā)起攻擊。 另外， 不同狀態(tài)下的 行進(jìn)速度 也不一樣，例如在沒(méi)有發(fā)現(xiàn)障礙物的時(shí)候，行進(jìn)速度可以稍微降低；當(dāng)發(fā)現(xiàn)敵方機(jī)器人在前方時(shí)，機(jī)器人應(yīng)該加速前進(jìn) ；當(dāng)機(jī)器人發(fā)現(xiàn)正處于邊緣時(shí)，應(yīng)該迅速逃離 。 8 7 總結(jié) 與展望 本文正是一個(gè)本著學(xué)習(xí)、實(shí)踐和創(chuàng)新的思 想的機(jī)器人設(shè)計(jì)。讓機(jī)器人根據(jù)比賽現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜的環(huán)境變化，按照自己 的想法和目的戰(zhàn)斗。我選
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