【正文】 本文采用多次試驗(yàn)的方式，通過(guò)了對(duì)兩個(gè)試驗(yàn)方案的驗(yàn)證，在多次實(shí)驗(yàn)中均有大部分實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚩头?shí)驗(yàn)的隨機(jī)因素成功的提升該機(jī)器人的行走速度，達(dá)到實(shí)驗(yàn)的預(yù)期效果。 由于實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)器材和環(huán)境的限制，本文無(wú)法使用雙足機(jī)器人進(jìn)行具體的實(shí)驗(yàn)和調(diào)試，于是采用輪式機(jī)器人代替雙足機(jī)器人進(jìn)行程序調(diào)試和仿真比賽。在直道的時(shí)候可以通過(guò)馬 達(dá)的功率，提高馬達(dá)的轉(zhuǎn)速，以達(dá)到提高機(jī)器人行走速度的目的。在隨后的 10 次實(shí)驗(yàn)中，有 6 次藍(lán)色小車(chē)能有效的減少于目標(biāo)紅色小車(chē)的距離，所以我們認(rèn)為這種程序修改的提速方法可以達(dá)到目的。實(shí)驗(yàn)結(jié)果為： 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 比賽仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果 33 圖 第二次比賽結(jié)果 如圖，藍(lán)色的小車(chē)并沒(méi)有減少于紅色小車(chē)的距離，固實(shí)驗(yàn)失敗，下面我們將在同等條件下進(jìn)行第三次實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果為： 圖 第一次比賽結(jié)果 如圖，我們可以看到，在比賽時(shí)間內(nèi)，藍(lán)色小車(chē)明顯的減少了與目標(biāo)紅色小車(chē)的距離，達(dá)到預(yù)期目的，所以本次實(shí)驗(yàn)成功。 stop()。 drive( 0 , 20)。 wait( )。 stop()。 } } else { if(surf_2 = 120) { 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 比賽仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果 32 drive( 0 , 20)。 wait( )。當(dāng)傳感器 1 的反饋值不在 120 內(nèi)，傳感器 2 的反饋值在 120 內(nèi)時(shí)，機(jī)器人將向 y 的正方向轉(zhuǎn)向 20，時(shí)間為 秒；傳感器 2 的反饋值不在 120 內(nèi)時(shí)，機(jī)器人將沿 x 方向前進(jìn) 40，時(shí)間為 秒，再向 y 的負(fù)方向轉(zhuǎn)向 20，時(shí)間為 秒。 我們將通過(guò)對(duì)上述程序的修改于調(diào)試，以至于達(dá)到實(shí)驗(yàn)的目的。 } } 由程序可知，當(dāng)傳感器 1 的反饋值在 120 內(nèi)，傳感器 2 的反饋值不在 120內(nèi)時(shí)，機(jī)器人將向 y 的負(fù)方向轉(zhuǎn)向 41，時(shí)間為 秒。 wait( )。 stop()。 } else { drive( 80 ,0)。 wait( )。 stop()。由之前的目標(biāo)程序可知該機(jī)器人在轉(zhuǎn)向時(shí)的程序?yàn)? { drive( 0 , 41)。在隨后的 10 次實(shí)驗(yàn)中，有 7 次藍(lán)色小車(chē)能有效的減少于目標(biāo)紅色小車(chē)的距離，所以我們認(rèn)為這種程序修改的提速方法可以達(dá)到目的。試驗(yàn)結(jié)果為 : 圖 第三次比賽結(jié)果 如圖，我們還是可以看出，藍(lán)色的小車(chē)減少了紅色小車(chē)的距離，所以我們認(rèn)識(shí)試驗(yàn) 還是成功的。試驗(yàn)結(jié)果為： 圖 第二次比賽結(jié)果 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 比賽仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果 30 如圖，藍(lán)色小車(chē)并沒(méi)有減少于目標(biāo)的紅色小車(chē)的距離，固試驗(yàn)失敗。試驗(yàn)結(jié)果為： 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 比賽仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果 29 圖 第一次實(shí)驗(yàn)結(jié)果 如圖，可以看到藍(lán)色的小車(chē)成功的在比賽時(shí)間內(nèi)追上了目標(biāo)的紅色小車(chē)，試驗(yàn)成功。 motor( 2 , 100 )。 可知當(dāng)其直線運(yùn)動(dòng)的時(shí)候該機(jī)器人的前進(jìn)速度為 80。由目標(biāo)機(jī)器人的程序： if(surf_1 = 120) { if(surf_2 = 120) { motor( 1 , 80 )。我們主要將采用兩種方向?qū)C(jī)器人的程序進(jìn)行修改和調(diào)試。只要其中的實(shí)驗(yàn)大部分能夠達(dá)到實(shí)驗(yàn)預(yù)期，則我們認(rèn)為實(shí)驗(yàn)成功。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果的要求 對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的要求和期望是，在比賽規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，經(jīng)過(guò)程序修改和調(diào)試的 相關(guān)機(jī)器人能有效的減少和目標(biāo)機(jī)器人的距離。 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 比賽仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果 26 5 比賽仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果 比賽仿真 在比賽管理菜單下，選擇比賽管理選項(xiàng)，找到相應(yīng)的比賽，加載。 圖 機(jī)器人位置設(shè)置 小結(jié) 對(duì)機(jī)器人的控制采用的是差動(dòng)裝置控制，通過(guò)地面灰度值傳感器反饋的數(shù)據(jù)，控制該機(jī)器人的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪，以達(dá)到對(duì)機(jī)器人前進(jìn)和轉(zhuǎn)向的控制。 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 機(jī)器人控制編程與比賽建立 24 圖 比賽管理界面 機(jī)器人起始位置設(shè)定 運(yùn)用右鍵菜單設(shè)定機(jī)器人的坐標(biāo)位置與角度。 圖 比賽隊(duì)伍管理界面 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 機(jī)器人控制編程與比賽建立 23 比賽規(guī)則建立 在比賽管理界面下建立一個(gè)新的比賽規(guī)則，參賽機(jī)器人數(shù)位 2，時(shí)間為2 分鐘，記為機(jī)器人追逐賽。 “代碼編輯”視圖軟件界面如下： 圖 代碼編輯界面 比賽的建立 點(diǎn)擊仿真系統(tǒng)視圖切換區(qū)“仿真比賽”，即進(jìn)入 虛擬機(jī)器人機(jī)器人仿真系統(tǒng)“仿真比賽”視圖。如果傳感器 1 的數(shù)據(jù)不滿(mǎn)足要求，而傳感器 2 的數(shù)據(jù)滿(mǎn)足要求，則進(jìn)行右轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；如果傳感器 1 的數(shù)據(jù)不滿(mǎn)足要求，而傳感器 2 的數(shù)據(jù)也不滿(mǎn)足要求，則進(jìn)行前進(jìn)再左轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)。首先判斷傳感器 1 反饋的數(shù)據(jù)，再判斷傳感器 2 反饋的數(shù)據(jù)。 “流程圖編輯”視圖軟件界面如下： 圖 流程圖編輯界面 流程圖編程提供了以下幾類(lèi)可視化模塊： 圖 可視化模塊 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 機(jī)器人控制編程與比賽建立 20 然后根據(jù)前面討論的機(jī)器人需求，編輯流程圖，結(jié)果如圖： 圖 流程圖 主程序開(kāi)始，進(jìn)入永遠(yuǎn)循環(huán)，然后檢測(cè)碰撞，如果發(fā)現(xiàn)碰撞則停止電機(jī)，如果沒(méi)有碰撞，則轉(zhuǎn)入循線程序。 我們通過(guò)在機(jī)器人前段安裝的地面灰度值傳感器反饋的數(shù)據(jù)，使兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪按照我們的需求運(yùn)動(dòng)，就可以達(dá)到控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的目的。在某些應(yīng)用中這中情況不會(huì)有問(wèn)題，可以通過(guò)編程來(lái)避免，比如使機(jī)器人沿線走或在迷宮中尋找路線行走，但是讓機(jī)器人在空地上走直線恐怕不行。根據(jù)輪子不同的轉(zhuǎn)向，表 羅 列出了該機(jī)器人的不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 當(dāng)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪以相同的方向和相同的速度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，機(jī)器人作直線運(yùn)動(dòng)。 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 設(shè)計(jì)思路及比賽環(huán)境的建立 16 圖 地面灰度值傳感器 圖 安裝在機(jī)器人前部的傳感器 圖 參數(shù)設(shè)定 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 設(shè)計(jì)思路及比賽環(huán)境的建立 17 圖 參數(shù)設(shè)定 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 機(jī)器人控制編程與比賽建立 18 4 機(jī)器人控制編程與比賽建立 機(jī)器人控制方案 我們采用差動(dòng)裝置來(lái)控制該機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，該差動(dòng)裝置是由機(jī)器人的兩邊兩個(gè)平行的驅(qū)動(dòng)輪構(gòu)成的，單獨(dú)提供機(jī)器人動(dòng)力。 “機(jī)器人編輯”視圖軟件界面如下： 圖 機(jī)器人編輯界面 在菜單欄點(diǎn)擊建立一個(gè)新的機(jī)器人。 參數(shù)設(shè)定 通過(guò)右鍵菜單具體的按照要求設(shè)定參數(shù)。如下圖所示： 圖 兩組同心圓的建立 在以?xún)蓤A在 x 方向的切線為邊，畫(huà)矩形，設(shè)為與該圓同樣的顏色，灰度值和層數(shù)。然后以 xy 平面上的（ 50,0）（ 50,0）兩點(diǎn)為圓心， 50 為半徑畫(huà)圓，為暗紅色，灰度值為 100，層攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 設(shè)計(jì)思路及比賽環(huán)境的建立 13 數(shù)為 1 層。機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)中，由于傳感器或環(huán)境等方面客觀因素存在一定的隨機(jī)性，固本實(shí)驗(yàn)采用多次實(shí)驗(yàn)，如大部分能有效的減少于目標(biāo)機(jī)器人的距離，則視為實(shí)驗(yàn)成功。 5) 虛擬機(jī)器人仿真比賽。 3) 中小學(xué)信息技術(shù)課程教學(xué)。 應(yīng)用 1) 實(shí)體機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)、傳感器配置及比賽策略快速驗(yàn)證與優(yōu)化。 5) 支持多機(jī)器人通常競(jìng)技。 3) 能實(shí)現(xiàn)進(jìn)行機(jī)器人控制算法快速驗(yàn)證。 先進(jìn)性 1) 支持流程圖，自動(dòng)生成無(wú)差錯(cuò) C 代碼，零起步學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)編程。 16) 從客戶(hù)端觀看服務(wù)器上比賽實(shí)況 (網(wǎng)絡(luò)版 )。 14) 自動(dòng)裁判和評(píng)分。 12) 自由組隊(duì)，每對(duì)機(jī)器人任選，只受計(jì)算機(jī)性能和規(guī)則限制。 10) 多視角和不同距離察看搭建好的場(chǎng)地、機(jī)器人以及仿真比賽過(guò)程。 8) 種類(lèi)繁多的執(zhí)行機(jī)構(gòu)及傳感器對(duì)象。 6) 對(duì)場(chǎng)地對(duì)象的顏色、紋理、材 質(zhì)、顯示方式等自由設(shè)置。 4) 鼠標(biāo)與鍵盤(pán)雙重操作。 2) JC代碼直接編程，自由靈活，功能強(qiáng)大。 ASVROBOT 寓教于樂(lè)，通過(guò)使用 ASVROBOT 仿真系統(tǒng)用戶(hù)能快速建構(gòu)機(jī)器人知識(shí)體系，并掌握傳感器、控制、計(jì)算機(jī)語(yǔ)言及程序設(shè)計(jì)等知識(shí)。服務(wù)器能完成單機(jī)版所有功能，同時(shí)提供多機(jī)器人仿真比賽環(huán)境，并能將比賽實(shí)況通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行播放網(wǎng)絡(luò)版。 ASVROBOT 有三個(gè)版本，即 ASVROBOT 單機(jī)版、網(wǎng)絡(luò)版服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)版客戶(hù)端。 簡(jiǎn)介 ASVROBOT 能力風(fēng)暴虛擬機(jī)器人仿真系統(tǒng) (以下簡(jiǎn)稱(chēng) ASVROBOT)是 一款虛擬機(jī)器人仿真軟件。 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 能力暴風(fēng)機(jī)器人開(kāi)發(fā)環(huán)境簡(jiǎn)介 10 2 能力暴風(fēng)機(jī)器人開(kāi)發(fā)環(huán)境簡(jiǎn)介 由于實(shí)驗(yàn)室設(shè)備和條件有限，我們?cè)谶@里使用的是 ASVROBOT 能力風(fēng)暴虛擬機(jī)器人仿真系統(tǒng) (以下簡(jiǎn)稱(chēng) ASVROBOT)，由于輪式機(jī)器人能近似代替雙足機(jī)器人進(jìn)行相關(guān)仿真和實(shí)驗(yàn)，所以我們?cè)谝韵碌沫h(huán)節(jié)用輪式機(jī)器人來(lái)代替雙足機(jī)器人進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和仿真。本文將通過(guò)程序修改與調(diào)試，對(duì)機(jī)器人的行走速度進(jìn)行提升的嘗試與 實(shí)驗(yàn)。例如，在工業(yè)方面可以提高工業(yè)生產(chǎn)的效率；在軍事方面可以快速的代替人力進(jìn)行偵查和彈藥運(yùn)輸?shù)确矫娴墓ぷ?；特別是在人道主義救援方面，可以極大的提高急救和災(zāi)害響應(yīng)的速度和效率，可以快速救出受災(zāi)的群眾，也可以快速的幫助救災(zāi)人員搶救物資和運(yùn)輸必須的補(bǔ)給品。 本課題研究的意義 雖然當(dāng)下機(jī)器人的研究發(fā)展日趨成熟，但是機(jī)器人的行走 速度相對(duì)的還是比較慢，離人們的預(yù)期還有著不小的差距。MITG． A． Prat[31]和 J． E． Pratt 等人在 Spring Turkey 和 Spring Flamingo 雙足機(jī)器人的控制中采用了虛模型控制策略，避免了繁瑣的機(jī)器人逆運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 緒論 9 學(xué)計(jì)算。 Vukobratovic 也曾對(duì)類(lèi)人型雙足步行系統(tǒng)進(jìn)行了能量分析，但他僅限于導(dǎo)出各關(guān)節(jié)及整個(gè)步行系統(tǒng)的功率隨時(shí)問(wèn)的變化關(guān)系，并沒(méi)有過(guò)多地涉及能耗最優(yōu)這個(gè)問(wèn)題。他們?cè)?1971 年發(fā)表的論文中，以具有約束條件的力學(xué)模型和性能最優(yōu)準(zhǔn)則作為兩足步行優(yōu)化問(wèn)題的核心，而以一種簡(jiǎn)化模型作為研究對(duì)象。它既具有靜態(tài)步行 的特點(diǎn)又具有動(dòng)態(tài)步行的特點(diǎn)，其步速要比靜態(tài)步行快，而實(shí)現(xiàn)起來(lái)又不象動(dòng)態(tài)步行那樣困難。為了減小控制的復(fù)雜性考慮 Hemami 等人還曾就雙足步行機(jī)器人的“降階模型”問(wèn)題進(jìn)行了研究。如果地面非常粗糙不平，那么步行機(jī)器人在行走時(shí)，下一步腳應(yīng)放在什么地方，就不能根據(jù)固定的步序來(lái)考慮，而是應(yīng)該像 登山運(yùn)動(dòng)員那樣走一步看一步，通過(guò)某一優(yōu)化準(zhǔn)則來(lái)確定，這就是所謂的自由步態(tài)。這兩種步態(tài)不僅適應(yīng)于雙足而且也適應(yīng)于多足步行機(jī)器人。 ZMP 概念的提出對(duì)雙足步行機(jī)器人控制產(chǎn)生了非常重要的影響，為有效地控制雙足步行機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)開(kāi)辟了一條嶄新的途徑。他提出了用歐拉角描述雙足步行系統(tǒng)的通用數(shù)學(xué)模型；指出了由于步行系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和控制性能的特殊性，用一般控制理論不能滿(mǎn)意地解決人工實(shí)現(xiàn)步行的問(wèn)題，并由此提出了算法控制的概念；研究了擬人雙足步行系統(tǒng)在單腳和雙腳支撐期間機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)，建立了從運(yùn)動(dòng)副組合到關(guān)節(jié)力矩計(jì)算等