基于INNOSTAR平臺的武術(shù)擂臺機器人設(shè)計與實現(xiàn)

王 楊，李正潔，李元金，程 科

（1.滁州學院 計算機與信息工程學院；2.江蘇科大智慧海工裝備有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212000；3.滁州學院 發(fā)展規(guī)劃處，安徽 滁州 239000）

基于INNOSTAR平臺的武術(shù)擂臺機器人設(shè)計與實現(xiàn)

王 楊1,2，李正潔3，李元金1，程 科2

（1.滁州學院 計算機與信息工程學院；2.江蘇科大智慧海工裝備有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212000；3.滁州學院 發(fā)展規(guī)劃處，安徽 滁州 239000）

目前機器人廣泛應用于各領(lǐng)域，本文設(shè)計的武術(shù)擂臺機器人采用北京博創(chuàng)科技有限公司提供的“創(chuàng)意之星”套件來實現(xiàn)的，基于INNOSTAR平臺，利用灰度傳感器、紅外測距傳感器、紅外傳感器、電機、舵機及相關(guān)部件來搭建，并驗證機器人外形的科學性，在合理的范圍內(nèi)自主完成武術(shù)擂臺機器人的設(shè)計與實現(xiàn).控制機器人部件的軟件程序是通過C語言編寫的，通過實驗測試表明，機器人實現(xiàn)了登臺、攻擊、起身等動作，并模擬人的形態(tài)、基本動作和簡單的思維，基本滿足功能設(shè)計需求.

武術(shù)擂臺機器人；INNOSTAR平臺；“創(chuàng)意之星”套件；傳感器；智能化

在當今信息化社會，機器人技術(shù)不斷地發(fā)展進步，融合了電子、機械、傳感器、自動控制和人工智能等眾多先進技術(shù).從20世紀以來，機器人技術(shù)的出現(xiàn)不僅標志人類技術(shù)的進步，還是人們邁向新時代的第一步.在經(jīng)過多年的發(fā)展，機器人技術(shù)經(jīng)歷了誕生到成長，如今已經(jīng)步入青年，正處于朝氣蓬勃的時期，已經(jīng)成為全世界公認的不可少的核心技術(shù).世界上有約100萬臺機器人正在幫助人們完成各種任務(wù)，在工業(yè)上有各種各樣的工業(yè)機器人協(xié)助人們完成日常工作，在生活上有娛樂、服務(wù)、醫(yī)療機器人等，還有很多如仿人機器人、軍用機器人、農(nóng)業(yè)機器人、空中機器人、水下機器人、消防救援機器人等各種用途的機器人應用于人類的生活中，通過設(shè)計、制作、調(diào)試，可以激發(fā)科技人員的想象力和工程潛力，培養(yǎng)設(shè)計能力、創(chuàng)新能力、動手能力、合作精神.本文設(shè)計的武術(shù)擂臺機器人就是立足于此.

1 武術(shù)擂臺機器人硬件分析

武術(shù)擂臺機器人硬件框圖如圖1所示.

圖1 硬件框圖

機器人的主控制器是機器人的大腦，本文選用MultiFLEXTM2-AVR控制器作為主控器，電機選取“創(chuàng)意之星”標準配備的直流電機，該電機采用外電源通過BDMC1203驅(qū)動器連接控制器來控制直流電機轉(zhuǎn)動，機器人的動力關(guān)節(jié)采用舵機來代替，該舵機集成了直流電機、電機控制器和減速器等，既可以作為電機使用也可以作為舵機使用，都是通過輸入數(shù)字模擬信號來控制其運行，傳感器作為機器人的眼睛尤為重要，一個反應靈敏的機器人，其傳感器起著至關(guān)重要的作用.

2 武術(shù)擂臺機器人外形設(shè)計

2.1 機器人底盤設(shè)計

機器人地盤設(shè)計，首先電機與舵機我們選取電機，而且使用4個電機，因為電機的重量比舵機重，4個電機可以大大增加機器人的下身重量，降低機器人的中心，并且4個電機可以增加機器人與地面的接觸點，以至于不易被推到.其次，地盤下在前后電機之間各安裝一個灰度傳感器，用于檢測武術(shù)擂臺的顏色變化，同時2個灰度傳感器方便對比，機器人總是向顏色淡一點的方向轉(zhuǎn)動.

2.2 機器人腿部設(shè)計

機器人腿部采用2個舵機作為機器人上身與腿部的動力關(guān)節(jié)，腿部與底盤采用螺絲固定在一起，可以單只腿與地盤之間添加固定裝置，以保證機器人的穩(wěn)定性.

2.3 機器人手部設(shè)計

機器人手臂采用3個舵機作為動力關(guān)機，因為手臂肩關(guān)節(jié)有高度要求，所以手臂的重量不易太重，太重會增加機器人的上半身量，導致起重量偏高容易摔倒.

2.4 機器人頭部及胸部設(shè)計

機器人胸部最低端離地面的高度30cm，頭部可以適當增加高度，使機器人的器人總高度不得低于50cm.

3 武術(shù)擂臺機器人程序設(shè)計

3.1 武術(shù)擂臺機器人程序設(shè)計平臺介紹

在NorthStar編程環(huán)境里，可以采用全代碼的形式編寫程序，完全通過C語言編寫代碼，具體如圖2所示.

圖2 NorthStar軟件代碼化界面圖

3.2 機器人登臺模塊程序設(shè)計

根據(jù)擂臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計，出發(fā)及登臺區(qū)用正藍色，高15cm，寬40cm，程序設(shè)計如下：

對于正藍色：通過機器人地盤下兩個灰度傳感器和后方一個紅外傳感器判斷是否啟動登臺程序.灰度傳感器i1檢測藍色返回的模擬數(shù)字大約630，灰度傳感器i2檢測藍色返回的模擬數(shù)字大約690，誤差在10左右，具體代碼如下.

i1=MFGetAD(1);//灰度傳感器輸入數(shù)據(jù)；

i2=MFGetAD(2);//灰度傳感器輸入數(shù)據(jù)；

IR2=MFGetDigiInput(2);//紅外傳感器輸入數(shù)據(jù)

if(IR2==0&&(i1＞630&&i2＞690))//紅外測距傳感器與灰度傳感器判斷登臺條件；

{

while(i1＞630&&i2＞690)

3.3 機器人攻擊模塊程序設(shè)計

機器人攻擊由兩個紅外測距傳感器共同決定攻擊方式，當傳感器i0的值大于等于15或者傳感器i5大于等于30時，說明前方有敵人，需采取攻擊方式.當敵人仍沒有倒并且還繼續(xù)靠近，需加大攻擊力度，攻擊動作1與2及快與慢的結(jié)合，以此來推倒敵人，具體代碼如下.

3.4 機器人起身模塊程序設(shè)計

機器人摔倒起身動作，主要是由機器人的右臂和腿部的舵機協(xié)調(diào)完成.本次機器人起身模塊程序設(shè)計主要考慮了機器人前倒和后到，前倒后倒都有5個動作組合，具體每個動作的模擬數(shù)值如表1所示.

void Before_the_fall1()//前倒起身動作1

{

表1 前、后倒起身動作模擬數(shù)值表

4 結(jié)論

本文利用了灰度傳感器、紅外傳感器、紅外測距傳感器、電機、舵機及相關(guān)部件來設(shè)計武術(shù)擂臺機器人，具有登臺、攻擊、起身等動作，模擬人的形態(tài)、基本動作和簡單的思維，并通過模擬擂臺的測試基本滿足功能設(shè)計需求，但設(shè)計出的武術(shù)擂臺機器人也存在后續(xù)要解決的問題，機器人傳感器的適用，無法實現(xiàn)機器人的實時監(jiān)控，機器人只能在執(zhí)行某個特定的程序時才對外檢測，因此采用縮短其他程序執(zhí)行的延時，讓這個盲區(qū)持續(xù)的時間盡量縮短，今后考慮引入高清攝像頭來實施監(jiān)控.

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2017-09-23

安徽省自然科學基金項目（1308085MF96）滁州學院教學質(zhì)量工程項目（2016kcgg015）