輪式格斗機(jī)器人的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘" 要： 面向本科機(jī)器人方向?qū)嵺`教學(xué)，設(shè)計(jì)一款輪式格斗機(jī)器人。該機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)自主登臺(tái)、自動(dòng)巡航、自主視覺(jué)尋敵攻擊、落臺(tái)后重新登臺(tái)等功能。首先，進(jìn)行機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。通過(guò)合理的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及合理的傳感器安裝布置，可以有效改善機(jī)器人的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、靈活性、穩(wěn)定性和機(jī)動(dòng)性。其次，進(jìn)行機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，其中，包括機(jī)器人控制系統(tǒng)元器件選型設(shè)計(jì)、機(jī)器人的控制策略及控制算法設(shè)計(jì)、路徑規(guī)劃算法設(shè)計(jì)、目標(biāo)識(shí)別與視覺(jué)跟蹤算法設(shè)計(jì)。最后，采用現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的方法對(duì)機(jī)器人的性能進(jìn)行優(yōu)化提升。在不同環(huán)境下，通過(guò)機(jī)器人現(xiàn)場(chǎng)表現(xiàn)進(jìn)行測(cè)試和分析，評(píng)估機(jī)器人的性能和穩(wěn)定性，并針對(duì)性地進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。通過(guò)輪式格斗機(jī)器人的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)訓(xùn)練，有助于提升機(jī)器人工程專(zhuān)業(yè)本科生在機(jī)器人領(lǐng)域的設(shè)計(jì)實(shí)踐和問(wèn)題分析能力。

關(guān)鍵詞： 格斗機(jī)器人； 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)； 控制策略； 路徑規(guī)劃； 目標(biāo)識(shí)別； 視覺(jué)跟蹤

中圖分類(lèi)號(hào)： TN876?34； TP273" " " " " " " " " "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A" " " " " " " " " " " 文章編號(hào)： 1004?373X（2025）02?0124?07

Design and implementation of wheeled fighting robot

LI Hui， CAO Yuehua

（School of Information Engineering， Hangzhou Dianzi University， Hangzhou 310000， China）

Abstract： A wheeled fighting robot is designed for the practical teaching in undergraduate robotics direction. This robot can achieve functions such as autonomous staging， automatic cruising， autonomous visual enemy search and attack， and re?staging after landing. The design of mechanical structure of robot is conducted. The reasonable mechanical structure design and reasonable sensor installation arrangement can effectively improve the structural strength， flexibility， stability and mobility of the robot. The design of robot control system is conducted， which includes the lectotype design of components for robot control systems， the design of control strategies and algorithms for robots， the design of path planning algorithms， and the design of target recognition and visual tracking algorithm. The field testing method is used to optimize and improve the robot performance. In different environments， the robot field performance is tested and analyzed to evaluate the performance and stability of the robot， and the targeted improvement and optimization are carried out. The design and realization training of wheeled fighting robot is helpful to improve the design practice and problem analysis ability of robot engineering undergraduates in the field of robot.

Keywords： wheeled fighting robot; mechanical structure design; control system design; control strategy; path planning; target recognition; visual tracking

0" 引" 言

習(xí)近平總書(shū)記于2018年9月10日在全國(guó)教育大會(huì)上的講話提到“要在增強(qiáng)綜合素質(zhì)上下功夫，教育引導(dǎo)學(xué)生培養(yǎng)綜合能力，培養(yǎng)創(chuàng)新思維?！痹诒究粕臋C(jī)器人專(zhuān)業(yè)課程中，實(shí)驗(yàn)是研究性教學(xué)環(huán)節(jié)的重要組成部分，因此，研究一個(gè)適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)人才培養(yǎng)有很大的幫助。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，國(guó)內(nèi)的輪式格斗機(jī)器人得到了迅猛的發(fā)展。輪式格斗機(jī)器人競(jìng)賽是機(jī)器人競(jìng)技運(yùn)動(dòng)中的一項(xiàng)重要比賽，其比賽形式以機(jī)器人之間的對(duì)戰(zhàn)為主，目的是在保證機(jī)器人安全的前提下，通過(guò)技術(shù)、策略、配合等多種因素的競(jìng)爭(zhēng)，讓機(jī)器人之間進(jìn)行搏斗，以檢驗(yàn)其機(jī)械結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和智能控制的水平。國(guó)內(nèi)輪式格斗機(jī)器人競(jìng)賽已經(jīng)經(jīng)歷了多年的發(fā)展，其中不乏一些知名的比賽，例如，中國(guó)機(jī)器人大賽暨RoboCup世界杯中國(guó)賽、Robomaster、中國(guó)高校智能機(jī)器人創(chuàng)意競(jìng)賽等。本文的研究重點(diǎn)在于如何設(shè)計(jì)出一套高效的控制系統(tǒng)，從而使輪式格斗機(jī)器人能夠穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)并實(shí)現(xiàn)對(duì)抗任務(wù)的目標(biāo)，進(jìn)而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情、動(dòng)手能力，提升學(xué)生的科研素質(zhì)，實(shí)現(xiàn)立德樹(shù)人的目標(biāo)。

1" 輪式格斗機(jī)器人設(shè)計(jì)要求

本文設(shè)計(jì)一款輪式格斗機(jī)器人，可以對(duì)不同情況完成不同的功能性任務(wù)，大致分為以下幾種。

1） 擂臺(tái)臺(tái)上臺(tái)下自主識(shí)別。機(jī)器人需要辨識(shí)出自身所處的環(huán)境，因?yàn)槔夼_(tái)臺(tái)上與臺(tái)下的運(yùn)動(dòng)邏輯完全不同，擂臺(tái)臺(tái)上臺(tái)下的識(shí)別作為基礎(chǔ)功能尤為重要。

2） 擂臺(tái)下運(yùn)動(dòng)。機(jī)器人需要自主識(shí)別擂臺(tái)下場(chǎng)景，辨識(shí)出機(jī)器人處于擂臺(tái)下過(guò)道區(qū)還是在擂臺(tái)邊角區(qū)，自主完成擂臺(tái)下路徑規(guī)劃和自主登臺(tái)。

3） 擂臺(tái)上運(yùn)動(dòng)。機(jī)器人的擂臺(tái)上運(yùn)動(dòng)要保證不掉臺(tái)，并制定機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)路線邏輯，確保運(yùn)動(dòng)效率最高化。

4） 能量塊與敵人識(shí)別。場(chǎng)地擂臺(tái)上放有敵方能量塊、我方能量塊、中立塊，其中我方能量塊不能被推下擂臺(tái)，若被推下就會(huì)失去積分，而推下敵方能量塊、中立能量塊會(huì)獲得積分。機(jī)器人需要對(duì)檢測(cè)到的物體或者在推動(dòng)的物體進(jìn)行識(shí)別，以確保推動(dòng)的運(yùn)動(dòng)可以獲得最多的積分。除了能量塊，還需識(shí)別出是不是敵方機(jī)器人，完成對(duì)敵方的攻擊和防御運(yùn)動(dòng)。

實(shí)驗(yàn)所用比賽擂臺(tái)圖如圖1所示。擂臺(tái)包括擂臺(tái)臺(tái)上部分和擂臺(tái)臺(tái)下部分，其中臺(tái)上擂臺(tái)部分高于臺(tái)下擂臺(tái)部分，是一個(gè)的正方形高低臺(tái)組合體。臺(tái)上部分的底色從外側(cè)四角到中心分別為純黑到純白漸變的灰度顏色。而臺(tái)下擂臺(tái)位于臺(tái)上擂臺(tái)之下，也呈正方形形狀，主要為純黑色的灰度顏色，臺(tái)下出發(fā)區(qū)的顏色不同于擂臺(tái)臺(tái)下純黑灰度顏色。擂臺(tái)臺(tái)面上放有不同AprilTag二維碼的能量塊，機(jī)器人推動(dòng)不同能量塊會(huì)獲得不同的加分。對(duì)抗簡(jiǎn)要來(lái)說(shuō)為：雙方機(jī)器人要從出發(fā)區(qū)啟動(dòng)，并從兩個(gè)出發(fā)區(qū)自主完成登臺(tái)，機(jī)器人要在擂臺(tái)上實(shí)現(xiàn)對(duì)能量塊或是敵方機(jī)器人的推動(dòng)。

2" 輪式格斗機(jī)器人硬件設(shè)計(jì)方案

輪式格斗機(jī)器人主要包含硬件和軟件兩個(gè)部分。其中硬件部分包括機(jī)器人的傳感器、控制器、執(zhí)行器和電子電路等，用于環(huán)境感知、控制機(jī)器人的狀態(tài)和動(dòng)作。

2.1" 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

輪式格斗機(jī)器人結(jié)構(gòu)框架的設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的，良好的結(jié)構(gòu)框架可以為機(jī)器人提供必要的支撐和保護(hù)，使其具有良好的穩(wěn)定性和抗擊打性?？紤]機(jī)器人的穩(wěn)定性、重心、布線和傳感器等問(wèn)題時(shí)，需要仔細(xì)設(shè)計(jì)適合機(jī)器人的結(jié)構(gòu)框架。同時(shí)，合理的結(jié)構(gòu)框架還能夠使機(jī)器人的重量和尺寸達(dá)到最優(yōu)化，在對(duì)抗過(guò)程中獲得更好的表現(xiàn)。

機(jī)器人前部安裝鏟子結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)推動(dòng)敵方機(jī)器人和保護(hù)己方機(jī)器人。機(jī)器人后方安裝倒三角結(jié)構(gòu)，可以提高機(jī)器人上臺(tái)效率。機(jī)器人倒三角結(jié)構(gòu)及實(shí)物圖如圖2～圖4所示?？紤]機(jī)器人可能會(huì)受到撞擊的沖擊以及機(jī)器人主體的質(zhì)量的限制要求，采用高強(qiáng)度、輕質(zhì)、耐磨損和抗腐蝕的碳纖維材料作為支撐底板，并使用CNC精密加工技術(shù)進(jìn)行切割和打孔。

2.2" 電路硬件設(shè)計(jì)

電路硬件主要包括主控制電器即Multiflie?AI控制器（包含樹(shù)莓派4B和拓展板）、USB攝像頭、CDS5516舵機(jī)、BDMC1203電機(jī)驅(qū)動(dòng)板及其配套電機(jī)、傳感器、電源等多個(gè)元件，這些模塊共同完成機(jī)器人的硬件設(shè)計(jì)。各個(gè)模塊之間連接示意圖如圖5所示。

2.3" 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

機(jī)器人控制系統(tǒng)流程為：攝像頭和傳感器讀取擂臺(tái)的環(huán)境數(shù)據(jù)和圖像，將傳感器數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂破鬟M(jìn)行算法分析，判斷出所處的環(huán)境以及圖像識(shí)別信息，控制器將發(fā)送控制指令至執(zhí)行器舵機(jī)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)板來(lái)控制機(jī)器人的整體運(yùn)動(dòng)以及鏟子和攝像頭的角度運(yùn)動(dòng)?？刂葡到y(tǒng)流程如圖6所示。

3" 輪式格斗機(jī)器人軟件程序設(shè)計(jì)

輪式格斗機(jī)器人對(duì)抗實(shí)現(xiàn)主要包括擂臺(tái)位置的判斷、目標(biāo)尋找、視覺(jué)檢測(cè)、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制等程序。機(jī)器人會(huì)在等待接收揮手信號(hào)后啟動(dòng)默認(rèn)的登臺(tái)動(dòng)作。機(jī)器人登臺(tái)后，開(kāi)始在擂臺(tái)上進(jìn)行敵人檢測(cè)，如果機(jī)器人檢測(cè)到了敵人，會(huì)對(duì)目標(biāo)識(shí)別并讀取其AprilTag二維碼數(shù)值。接下來(lái)，機(jī)器人會(huì)執(zhí)行攻擊或者規(guī)避動(dòng)作，具體取決于識(shí)別結(jié)果。在執(zhí)行攻擊動(dòng)作時(shí)，機(jī)器人需要確保攻擊的準(zhǔn)確性和效果。在執(zhí)行規(guī)避動(dòng)作時(shí)，機(jī)器人需要避免碰撞和受到攻擊，同時(shí)保持機(jī)器人的穩(wěn)定性和平衡性。輪式格斗機(jī)器人軟件設(shè)計(jì)流程如圖7所示。

傳感器安裝及功能表如表1所示。傳感器安裝位置圖如圖8所示。傳感器安裝實(shí)物圖如圖9所示?；叶葌鞲衅靼惭b在機(jī)器人的底板上，調(diào)用self.controller.adc_data[8]函數(shù)來(lái)讀取灰度傳感器在AD8串口反饋的電壓值。通過(guò)灰度傳感器的測(cè)量值和設(shè)定的適當(dāng)閾值，可以將電壓值與臺(tái)上和臺(tái)下的灰度情況進(jìn)行比較。如果電壓值超過(guò)了設(shè)定的閾值，可以判斷機(jī)器人處于臺(tái)上；反之，如果電壓值低于閾值，則可以判斷機(jī)器人處于臺(tái)下。經(jīng)過(guò)實(shí)測(cè)獲得的灰度數(shù)據(jù)如表2所示。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)在擂臺(tái)的臺(tái)上角落區(qū)域和臺(tái)下區(qū)域的灰度值最相似，需要設(shè)置合理的閾值加以區(qū)分。因此，設(shè)置385為判斷閾值，即可滿足臺(tái)上臺(tái)下檢測(cè)程序的功能實(shí)現(xiàn)。

3.1" 輪式格斗機(jī)器人臺(tái)下位置檢測(cè)

通過(guò)紅外光電傳感器和紅外測(cè)距傳感器來(lái)判斷擂臺(tái)位置。傳感器安裝位置可分為上下兩層，利用擂臺(tái)高度低于圍欄高度的特點(diǎn)，底部傳感器與頂部傳感器分別安裝在不同高度，共同作用于檢測(cè)自身狀態(tài)和四周環(huán)境信息，從而實(shí)現(xiàn)臺(tái)下位置的檢測(cè)。

以左側(cè)面檢測(cè)為例，實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)表如表3所示。如果左面底部傳感器和頂部傳感器都未檢測(cè)到物體，則機(jī)器人認(rèn)為此面沒(méi)有物體，可能為臺(tái)下過(guò)道；如果底面?zhèn)鞲衅魈綔y(cè)到物體，同時(shí)頂部傳感器未探測(cè)到物體，則機(jī)器人認(rèn)為此面物體較低，為擂臺(tái)；如果左面底部傳感器和頂部傳感器同時(shí)檢測(cè)到物體，則機(jī)器人認(rèn)為左面物體較高，為圍欄；如果遇到僅頂部傳感器檢測(cè)到物體，但底部未檢測(cè)到，該條件可能由于環(huán)境因素導(dǎo)致傳感器未能成功檢測(cè)到物體，頂部傳感器有識(shí)別結(jié)果，識(shí)別結(jié)果左面為圍欄。圍欄與擂臺(tái)識(shí)別邏輯圖如圖10所示。

如圖10所示，對(duì)機(jī)器人臺(tái)下情況進(jìn)行記錄并判斷，準(zhǔn)確地找到輪式格斗機(jī)器人所在的臺(tái)下位置。臺(tái)下的環(huán)境情況大體可以分為過(guò)道、拐角等。判斷完所在的擂臺(tái)臺(tái)下的場(chǎng)景環(huán)境后，將判斷出的環(huán)境進(jìn)行編號(hào)并反饋至機(jī)器人擂臺(tái)臺(tái)下運(yùn)動(dòng)程序，最后實(shí)現(xiàn)登臺(tái)動(dòng)作。通過(guò)這種方式能夠準(zhǔn)確地判斷機(jī)器人當(dāng)前所處的位置，并根據(jù)不同的位置做出相應(yīng)的行動(dòng)。這使得機(jī)器人能夠在格斗過(guò)程中，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行自主的決策和動(dòng)作，從而提高其競(jìng)爭(zhēng)力和適應(yīng)性。

3.2" 輪式格斗機(jī)器人臺(tái)上位置檢測(cè)

擂臺(tái)臺(tái)上邊緣檢測(cè)程序主要依靠機(jī)器人四周的紅外光電傳感器，傳感器面對(duì)有物體遮擋的情況，輸出低電壓，而無(wú)物體遮擋的時(shí)候輸出高電壓。控制器通過(guò)對(duì)io口信號(hào)的電壓高低進(jìn)行測(cè)試，從而判斷出該方向面是否懸空。例如：當(dāng)4個(gè)方向的紅外光電傳感器都可以檢測(cè)到臺(tái)面時(shí)，紅外光電傳感器都會(huì)向io口輸入低電平，機(jī)器人就可以判斷出為無(wú)邊緣的狀態(tài)并執(zhí)行巡航動(dòng)作；若是有單個(gè)方向傳感器沒(méi)有探測(cè)到擂臺(tái)臺(tái)面，則會(huì)在io口輸入高電平，機(jī)器人可以判斷出哪一個(gè)方向出現(xiàn)懸空狀態(tài)，即檢測(cè)到邊緣，并執(zhí)行倒車(chē)拐彎動(dòng)作達(dá)到脫離邊緣的動(dòng)作。邊緣檢測(cè)實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)表如表4所示。

3.3" 輪式格斗機(jī)器人尋找敵方目標(biāo)

輪式格斗機(jī)器人位于臺(tái)上時(shí)需要推動(dòng)敵方能量塊、躲避敵方攻擊和推動(dòng)敵方機(jī)器人。為了完成以上功能，設(shè)計(jì)目標(biāo)尋找和目標(biāo)識(shí)別兩大模塊。

1） 目標(biāo)尋找通過(guò)傳感器尋找。利用扇形結(jié)構(gòu)，紅外測(cè)距傳感器對(duì)機(jī)器人周邊環(huán)境探測(cè)并反饋ad電壓讀數(shù)，判斷出機(jī)器人四周是否存在障礙物遮擋，通過(guò)比較各個(gè)接口的檢測(cè)結(jié)果，判斷出敵人所在的位置。敵人檢測(cè)實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)表如表5所示。當(dāng)多個(gè)傳感器探測(cè)到敵方時(shí)，各個(gè)位置傳感器的判斷權(quán)重優(yōu)先級(jí)為前優(yōu)先，即在安裝前部的傳感器探測(cè)的反饋優(yōu)先判斷。程序enemy_detect（）中主要的判斷結(jié)果有：前有敵人、左側(cè)有敵人、右側(cè)有敵人、后有敵人等。

2） 目標(biāo)識(shí)別主要使用攝像頭對(duì)圖像進(jìn)行識(shí)別。當(dāng)傳感器探測(cè)到四周存在遮擋時(shí)，機(jī)器人會(huì)使用舵機(jī)控制語(yǔ)句將攝像頭轉(zhuǎn)向遮擋區(qū)域，并使用OpenCV對(duì)傳輸?shù)膱D像進(jìn)行分析，調(diào)用AprilTag檢測(cè)庫(kù)，用于檢測(cè)和識(shí)別圖像中的二維碼。通過(guò)反饋二維碼識(shí)別結(jié)果來(lái)控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方向。為了避免多個(gè)二維碼對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)生干擾，在傳感器檢測(cè)到障礙物的情況下，圖像中存在多個(gè)二維碼，機(jī)器人讀取并記錄每個(gè)二維碼的4個(gè)角點(diǎn)坐標(biāo)，再計(jì)算其面積，將這些數(shù)據(jù)保存到相應(yīng)的數(shù)組中。然后通過(guò)限制面積閾值來(lái)防止遠(yuǎn)處二維碼誤識(shí)別，并將面積最大的二維碼作為判斷結(jié)果，進(jìn)而執(zhí)行機(jī)器人的動(dòng)作。

4" 輪式格斗機(jī)器人的優(yōu)化

4.1" 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)模式的優(yōu)化

在調(diào)試過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)機(jī)器人的前進(jìn)速度過(guò)快，邊緣檢測(cè)識(shí)別來(lái)不及反饋，導(dǎo)致機(jī)器人沖下擂臺(tái)。改進(jìn)方案為：利用比賽場(chǎng)地底色從四周到中心分別為純黑到純白的漸變環(huán)境，灰度值會(huì)在擂臺(tái)不同區(qū)域反饋不同值，可以設(shè)定一個(gè)灰度安全區(qū)范圍，在此范圍內(nèi)，機(jī)器人可以以正常速度運(yùn)動(dòng)；當(dāng)灰度值低于安全范圍區(qū)時(shí)，將機(jī)器人的移動(dòng)速度提前降低，從而解決機(jī)器人過(guò)快沖下臺(tái)的問(wèn)題。

當(dāng)位于擂臺(tái)臺(tái)下時(shí)，由于傳感器無(wú)法完整檢測(cè)機(jī)器人后方情況，可能會(huì)出現(xiàn)只有傳感器探測(cè)位置恰好為擂臺(tái)，而部分沒(méi)有擂臺(tái)的情況，機(jī)器人的識(shí)別結(jié)果可能滿足登臺(tái)的情況，導(dǎo)致登臺(tái)失敗。改進(jìn)的方案是利用安裝于機(jī)器人后部的擂臺(tái)邊緣檢測(cè)的傳感器，在登臺(tái)動(dòng)作前會(huì)對(duì)擂臺(tái)完整性進(jìn)行檢測(cè)，以確保滿足登臺(tái)條件。若兩個(gè)傳感器同時(shí)檢測(cè)到障礙物，則確保登臺(tái)的位置為完整的擂臺(tái)；若是有一邊沒(méi)有檢測(cè)到障礙物，則登臺(tái)位置為不完整的擂臺(tái)，需要進(jìn)行位置糾正。

4.2" 機(jī)器人臺(tái)上臺(tái)下檢測(cè)的優(yōu)化

出發(fā)區(qū)的地板為正藍(lán)色和正黃色，顏色不同于臺(tái)下純黑色區(qū)域，因此僅使用灰度值讀取判斷擂臺(tái)，機(jī)器人可能會(huì)被誤判為處于臺(tái)上狀態(tài)。為了解決這個(gè)問(wèn)題，需要使用程序上的邏輯輔助判斷。機(jī)器人如果處于臺(tái)上，必然使用了“登上擂臺(tái)”語(yǔ)句；反之，如果機(jī)器人處于臺(tái)下，必然使用了“檢測(cè)到邊緣”語(yǔ)句。因此，在讀取這兩個(gè)特殊灰度值時(shí)，需要讀取機(jī)器人的歷史程序，判斷是否使用了“登上擂臺(tái)”語(yǔ)句或“檢測(cè)到邊緣”語(yǔ)句。如果機(jī)器人未使用“登上擂臺(tái)”語(yǔ)句，并且灰度傳感器讀取的灰度值為正藍(lán)色或正黃色，可以判斷出機(jī)器人處于出發(fā)區(qū)；如果機(jī)器人使用了邊緣檢測(cè)程序并判斷出機(jī)器人掉下了擂臺(tái)，同時(shí)灰度傳感器讀取的灰度值為正藍(lán)色或正黃色，也可以判斷出機(jī)器人掉下了擂臺(tái)并處于出發(fā)區(qū)。

4.3" 視覺(jué)算法的優(yōu)化

在調(diào)試過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間無(wú)敵人巡航模式，但在該巡航過(guò)程中機(jī)器人可以在視覺(jué)部分看到能量塊，利用此巡航模式時(shí)間可以提高工作效率。在巡航模式下加入視覺(jué)部分算法，輔助機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，當(dāng)出現(xiàn)可以推動(dòng)的能量塊，視覺(jué)算法會(huì)提取AprilTag二維碼4個(gè)角點(diǎn)的橫軸坐標(biāo)，并計(jì)算AprilTag二維碼中心點(diǎn)的橫軸坐標(biāo)。如果可推動(dòng)能量塊的二維碼橫軸坐標(biāo)不在機(jī)器人畫(huà)面的中心區(qū)域，機(jī)器人的視覺(jué)算法將反饋移動(dòng)指令對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)進(jìn)行優(yōu)化，以提高效率。

視覺(jué)輔助情況及視覺(jué)輔助運(yùn)行結(jié)果圖如圖11、圖12所示。機(jī)器人在四周傳感器沒(méi)有檢測(cè)到障礙物的情況下，機(jī)器人認(rèn)為處于四周無(wú)敵人的狀態(tài)，開(kāi)始進(jìn)行視覺(jué)的輔助運(yùn)動(dòng)。當(dāng)前狀態(tài)左邊為敵方能量塊，右邊為己方能量塊，機(jī)器人通過(guò)視覺(jué)檢測(cè)，識(shí)別出多個(gè)二維碼并判斷出右邊為己方能量塊左邊為敵方能量塊，開(kāi)啟視覺(jué)輔助運(yùn)動(dòng)語(yǔ)句，輔助機(jī)器人向左移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)推動(dòng)敵方能量塊并避免誤推己方能量塊的目的。

5" 結(jié)" 果

經(jīng)過(guò)不斷的優(yōu)化，筆者帶著這款輪式格斗機(jī)器人參加了浙江省智能機(jī)器人大賽，輪式格斗機(jī)器人對(duì)抗、識(shí)別目標(biāo)能量塊的場(chǎng)景如圖13、圖14所示。最終經(jīng)過(guò)激烈的角逐，筆者取得浙江省第一名的好成績(jī)。最終結(jié)果也驗(yàn)證了這款輪式格斗機(jī)器人具有良好的性能，可以實(shí)現(xiàn)前面設(shè)計(jì)要求的所有功能，即機(jī)器人自主登臺(tái)、自動(dòng)巡航、尋敵攻擊、掉落后重新登臺(tái)等。

6" 結(jié)" 語(yǔ)

1）" 整個(gè)輪式格斗機(jī)器人的設(shè)計(jì)過(guò)程不僅包括硬件電路的設(shè)計(jì)制作，還包括軟件設(shè)計(jì)、機(jī)器人優(yōu)化等，整個(gè)過(guò)程適合機(jī)器人專(zhuān)業(yè)的實(shí)踐課程。整個(gè)實(shí)踐過(guò)程以學(xué)生為中心，使學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和研究興趣更濃、 自主能動(dòng)性更強(qiáng)，有利于學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力、知識(shí)應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力的提高。

2） 整個(gè)輪式格斗機(jī)器人制作過(guò)程中，學(xué)生不僅能夠進(jìn)行深入的理論知識(shí)學(xué)習(xí)，還可以提升動(dòng)手能力和學(xué)術(shù)研究能力。通過(guò)一些競(jìng)技性比賽不斷地完善輪式格斗機(jī)器人的設(shè)計(jì)，可以提高學(xué)生的熱情，使學(xué)生們獲得更多榮譽(yù)和成就，提升自信心，最終實(shí)現(xiàn)立德樹(shù)人的根本任務(wù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 殷孝雎，周莉，孫志強(qiáng)，等.基于視覺(jué)識(shí)別的隨動(dòng)機(jī)械臂實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2023，40（11）：168?174.

[2] 林昀軒，劉超，包建榮，等.通信實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分布式智能無(wú)線傳輸及共享方案[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2021，40（7）：116?120.

[3] 張禮廉，屈豪，毛軍，等.視覺(jué)/慣性組合導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展綜述[J].導(dǎo)航定位與授時(shí)，2020，7（4）：50?63.

[4] 馬學(xué)條.改進(jìn)AOD?Net的端到端圖像去霧實(shí)驗(yàn)研究[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2023，42（7）：38?43.

[5] 馬晨，蘇易衡，張紫鈺，等.全向移動(dòng)式智能安防機(jī)器人[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2023，42（7）：94?98.

[6] 陳海明，石海龍，李勐，等.物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)中間件：挑戰(zhàn)與研究進(jìn)展[J].計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)，2017，40（8）：1725?1749.

[7] 蔡澤利，譚振江.物聯(lián)網(wǎng)智能無(wú)線節(jié)點(diǎn)自動(dòng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2018，41（4）：183?186.

[8] 曾毅，劉成林，譚鐵牛.類(lèi)腦智能研究的回顧與展望[J].計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)，2016，39（1）：212?222.

[9] 李磊，葉濤，譚民，等.移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)研究現(xiàn)狀與未來(lái)[J].機(jī)器人，2002（5）：475?480.

[10] LIU P H， CHEN H C， DU Y Z. Design of multifunctional intelligent security robot based on single chip microcomputer [J]. Journal of physics： conference series， 2019（3）： 1187.

[11] 楊志勇，黃文鋒，劉燦.基于樹(shù)莓派的遠(yuǎn)程控制智能拍照小車(chē)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2019，42（8）：168?170.

[12] 張國(guó)營(yíng)，劉鳳林，李進(jìn)香，等.以STM32F103為核心的智能滅火機(jī)器人[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2014，14（3）：73?75.

[13] 張偉，鄒自明.RoboCup擂臺(tái)賽機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].山東理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2011，25（5）：19?22.

[14] 傅思勇.基于CDS5516的智能機(jī)器人的設(shè)計(jì)[J].無(wú)線互聯(lián)科技，2013（4）：112.

[15] 韓宇，張磊，吳澤民，等.基于嵌入式樹(shù)莓派和OpenCV的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)與跟蹤系統(tǒng)[J].電視技術(shù)，2017，41（2）：6?10.