武術(shù)擂臺(tái)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案

摘 要：在人工智能高度發(fā)展的今天，機(jī)器人的發(fā)展突飛猛進(jìn)，本文通過對(duì)參加江蘇省武術(shù)擂臺(tái)機(jī)器人比賽而制定的基本策略的分析和南京林業(yè)大學(xué)參加2017年武術(shù)擂臺(tái)機(jī)器人大賽的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，制定了一些在短期內(nèi)即可實(shí)現(xiàn)的改進(jìn)方案。

關(guān)鍵詞：武術(shù)機(jī)器人；攻擊；改進(jìn)方案

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.11.130

1 基本策略

武術(shù)擂臺(tái)機(jī)器人比賽目的在于促進(jìn)智能機(jī)器人技術(shù)的普及，參賽隊(duì)需要在規(guī)則范圍內(nèi)控制自己組裝或者自制的擂臺(tái)賽機(jī)器人模擬中國(guó)擂臺(tái)搏擊的形式，互相擊打或推擠，如果一方機(jī)器人翻倒或掉下比賽臺(tái)面，則另一方獲勝?；镜谋荣惒呗詾闄C(jī)器人應(yīng)攻防兼?zhèn)?，并以進(jìn)攻為主要目的，比賽開始后通過紅外測(cè)距傳感器盡快確定敵方位置，并迅速調(diào)整方位，以最快速度出擊推擠敵方，將敵方推下比賽臺(tái)面。但為了自身的防御必須安裝防止自己掉下臺(tái)面的灰度傳感器，探測(cè)自己與臺(tái)面邊緣的位置然后做出適當(dāng)動(dòng)作避免自己掉下臺(tái)面。在比賽過程中，機(jī)器人要時(shí)刻判斷自身在搏擊過程中所處境遇的優(yōu)劣，及時(shí)做出調(diào)整，通過進(jìn)攻、防守策略的選擇來(lái)鞏固優(yōu)勢(shì)或扭轉(zhuǎn)劣勢(shì)。

2 不足之處

在比賽中，多組機(jī)器人采用了模塊化的塑料組裝套件組裝而成，在達(dá)到比賽規(guī)定的最大重量和高度要求時(shí)，會(huì)造成重心偏高的后果，當(dāng)遇到裝備有“工程鏟”（機(jī)器人前置傾斜塑料板）的敵人時(shí)，很容易被鏟翻或者推下比賽臺(tái)面。

并且，在很多場(chǎng)次的搏擊中，往往是兩組機(jī)器人接觸到之后，發(fā)生僵持的場(chǎng)面，即雙方均不前進(jìn)或者后退，一直延續(xù)到比賽時(shí)間結(jié)束而被判定雙方平局。

在控制方面，有些機(jī)器人動(dòng)作啟動(dòng)慢，比賽哨聲響起以后，自己在做出動(dòng)作之前，敵方就已經(jīng)來(lái)到自己面前將自己推下比賽臺(tái)面；有些機(jī)器人程序錯(cuò)誤或無(wú)法檢測(cè)到敵人，啟動(dòng)以后會(huì)在比賽臺(tái)面上四處游走，甚至掉下比賽臺(tái)面。

3 改進(jìn)方案

在比賽中，重心越低的機(jī)器人越占優(yōu)勢(shì)，為了盡量降低機(jī)器人的重心并且簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)（為了使敵方方難以捕捉己方），可以將底層套件材料改為質(zhì)量較重的金屬材料，加重底層結(jié)構(gòu)并且簡(jiǎn)化上層結(jié)構(gòu)，以使機(jī)器人的重心偏低。為了避免原有套件的約束，參賽隊(duì)伍在組裝機(jī)器人前根據(jù)對(duì)機(jī)器人的整體設(shè)計(jì)理念完成套件的設(shè)計(jì)加工工作，給機(jī)器人穿上“鋼盔鐵甲”，從而在比賽中更有攻擊力和防御能力。

為了避免互相僵持的場(chǎng)面發(fā)生，可以增加輔助進(jìn)攻程序。比如在原有始終貼著地面而不動(dòng)的“工程鏟”的基礎(chǔ)上安裝自動(dòng)伸縮設(shè)備，通過程序控制“工程鏟”在發(fā)生僵持時(shí)來(lái)回伸縮從而繼續(xù)推擠敵方。

改進(jìn)調(diào)試控制程序和測(cè)距傳感器的性能，以達(dá)到動(dòng)作準(zhǔn)確，擁有快速靈活的反應(yīng)能力和能夠準(zhǔn)確感知敵方和比賽臺(tái)面邊緣并遠(yuǎn)離邊緣的能力。機(jī)器人至少要有四個(gè)灰度傳感器，分布在機(jī)器人的四個(gè)拐角，并保證在距離比賽臺(tái)面邊緣至少10cm處即可檢測(cè)到邊緣，從而作出反應(yīng)避免掉下比賽臺(tái)面。傳感器的安裝位置應(yīng)盡可能低和隱蔽，防止與敵方在推擠時(shí)造成其角度改變或失效。

改進(jìn)電機(jī)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)，增強(qiáng)進(jìn)攻時(shí)的動(dòng)力和檢測(cè)到邊緣時(shí)做出的快速反向后退的動(dòng)力。電機(jī)功率不宜過大，選擇適中就行，過大容易占據(jù)機(jī)器人的大部分重量，從而限制了其他部件的應(yīng)用，而且功率過大也容易造成浪費(fèi)，因?yàn)檎麢C(jī)的重量是一定的，也就是說(shuō)正壓力是一定的，摩擦系數(shù)也是一定的。

根據(jù)公式： 摩擦力=正壓力×摩擦系數(shù)

在正壓力和摩擦系數(shù)無(wú)法加大的情況下過大的功率使機(jī)器人更多時(shí)候是在打滑和抖動(dòng)，沒有太大意義；而且，電機(jī)功率過大，造成機(jī)器人速度過快，不容易控制，容易掉下比賽臺(tái)面。

采用強(qiáng)吸收紅外線的材料包裝機(jī)器外殼。武術(shù)擂臺(tái)機(jī)器人多采用紅外傳感器捕捉敵人，改變己方機(jī)器人的外觀顏色，降低敵方傳感器的有效識(shí)別距離，也可以起到“隱身”的作用。

在機(jī)器人的底板前后方向安裝支撐架，當(dāng)機(jī)器人有傾斜傾向時(shí)，支撐架會(huì)起到支撐的作用防止機(jī)器人過度傾斜以至于翻倒。

4 總結(jié)

在武術(shù)擂臺(tái)機(jī)器人比賽中，我們發(fā)現(xiàn)，沒有哪一組機(jī)器人是常勝冠軍，在武術(shù)擂臺(tái)機(jī)器人的比賽中，特別要注意以下幾點(diǎn)： （1）重量：應(yīng)盡可能接近比賽要求極限，只有重量越重，重心越低，給機(jī)器人輪子提供的正壓力才能越大，才能有效防止己方被推下擂臺(tái)。（2）尺寸：尺寸大小也應(yīng)當(dāng)盡量接近比賽限制，只有這樣機(jī)器人才能盡量做得低，才有可能盡量穩(wěn)定， 不易被敵方發(fā)現(xiàn)。 （3）電機(jī)功率和速度：電機(jī)功率并非越大越好，要與重量相協(xié)調(diào)，否則在擂臺(tái)邊緣不容易停下來(lái)，從而沖下比賽臺(tái)面。（4）控制卡的要求：武術(shù)擂臺(tái)機(jī)器人對(duì)控制卡的主頻要求不高，一般采用2MHz以上的主頻就夠用了。

機(jī)器人技術(shù)是一門不斷突飛猛進(jìn)發(fā)展的學(xué)科，不僅在控制上要發(fā)展，在結(jié)構(gòu)上也還需要不斷的優(yōu)化，從實(shí)踐中來(lái)，到實(shí)踐中去，通過自己動(dòng)手實(shí)踐，開闊了我們的視野，也激發(fā)了我們的創(chuàng)新意識(shí)。

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作者簡(jiǎn)介：丁奉龍（1996-），男，安徽宿州人，學(xué)生，機(jī)械電子工程專業(yè)。