淺談雙人制足球機器人的設計

楊敏（西南交通大學 機械工程學院611756）

當下，足球比賽贏得眾多觀眾喜愛。基于此，本文設計出雙人制的足球機器人。占地面積小，靈活方便，贏得大眾青睞。

系統構成：該機器人是進攻機器人，主要由無限遙控裝置、四個車輪（兩個主動輪，兩個萬向輪)、4—5個電機、300mm長直齒條、齒輪多個、固定銷、鋁合金材料等構成。

系統設計要求：該機器人主要功能是對敵方機器人進行攻擊、搶球以及射球等，因此要求機器人要有一定的配重（撞擊與抗撞擊能力強），并且活動靈活（搶抓球速度快）。

靈活性原則：針對球場環境的場地特點，要求機器人大小適宜，展開外形尺寸初步設計為600mm×600mm×600mm。主動輪配置200rpm電機,以獲得較大的動力，因此也需求電池的給力。

自身安全性原則：由于敵方機器人也會配置一定的進攻性裝置，因此要求我 方機器人有自身方云能力，除了上述機動靈活外。我方機器人會采取盡量將機器人用較硬、薄的材料將機器人包裝，并獲得一定的外形。

便于維護原則：采用的產品是易操作，易維護，高可靠度。系統的易操作和易維護性是保證非專業人員使用好一個系統的條件，高可靠度是保障系統運行的基本要求，也是易維護性的保障。

系統功能實現

搶球裝置：此裝置需要電機一個，利用電機轉動帶動一側齒輪轉動，同時帶動相鉸接的齒輪轉動，由于支架間的相互連接，前口裝置有一個回撥以及夾球的功能。這樣就能有效的在最短時間內搶到小球。

禁區外發射球：上述將球搶到后，球的位置位于機器人前端口，此時利用另一電機和直條式齒輪（類似叉車前端），將伸出手臂部分前端抬起至一定位置，后端與車體底板鉸接，由于小球手重力會滾動到叉手后端，在叉手后端上方固定一水平軸，軸端連接一電機，軸上安裝2—3根長直棒，電動機轉動帶動軸、棒一同轉動，并將小球沿上升的叉手軌道打擊并“發射”，有效進入敵方球門。

進攻：上述叉手裝置也可作為進攻武器，其功能實現如下：以開始將叉手前端置于盡量低的位置，快速插入敵方機器人底盤下方空間，并使用上述功能將叉手前端快速并有效抬升，抬升的同時車身向前移動，這樣可以有效的將敵方的機器人掀翻，獲得較自由進球的機會。

2號機器人總體設計

系統構成：該機器人是防守機器人，主要由無限遙控裝置、四個車輪（兩個主動輪，兩個萬向輪)、4—5個電機、各種齒輪多個、鋁合金材料等構成。根據此機器人的特性可以分為：固定部分+可變部分+遙控部分。

系統設計要求：該機器人主要任務是阻撓對方機器人進球必要時能持球近距離進攻，因此要求機器人防守時在比賽規則允許范圍內有較大的防守面積（就如籃球運動中身高臂長的運動員防守面積大有助于對對方投籃進行干擾、蓋帽等）。同時在持球進攻時又要求其能夠縮小體積體現出其靈活快速的特點，達到出其不意、攻其不備的效果。

靈活性原則：2號機器人本職防守兼職進攻，要求機器人大小能夠自由改變，外形最大展開尺寸初步設計為：550mm×500mm×300mm 此時利用防守面積大的優勢阻擋對方進攻；外形最小收縮尺寸初步設計為：300mm×300mm×300mm 此時利用體積小巧、運動靈活的優勢快速進入對方禁區得分。為了獲得較大的運動速度，將主動輪配置200rpm電機,同時配備足夠電力。

自身安全性原則：在材料上：我方機器人會采取盡量將機器人用較硬、薄的材料將機器人包裝，在外形包裝上：我們將機器的薄弱環節（電線、電池等）進行特別的加固從而獲得一定的外形以抵抗對方機器人的沖擊對抗。特別的,為了防止對方機器人將我方防守機器人推翻，我們在機器人地盤上裝配高密度材料從而降低機器的重心。

便于維護原則：采用易操作，易維護，高可靠度的產品。我們知道在獲得堅固的機器人的同時我們可能會面臨難以維修的問題（因為我們把機器人過分包裝一旦內部出現問題我們將不能及時維修）。因此我們利用了一些小的設計，達到能夠抵擋外部抗擊的同時，我們能快捷的維修。

系統功能實現

設置障礙：在防守機器人上裝載障礙物（石頭、磚塊等）在比賽開始后，先通過遙控電機轉動再利用齒輪傳動傾斜裝載障礙物的水平板將機器上的路障放置在對方機器人進攻的必經之路上（橋）。從而阻礙對方進攻，減少我方的防守壓力，我方能夠將更多精力放在進攻上面。

擴大防守面積：本機器人主要是采用類似扇形裝置的展開來擴大防守面積。首先扇形裝置是利用繩子束縛而收縮的，占用體積很小，為了使之展開我們利用一個電機的轉動使束縛扇形的繩子伸長從而達到展開扇形的目的。

快速移動：快速移動找到空位進行射擊是一種很好的進球方式。為了達到此目的，需減小機器人面積和重量，減小面積只需要將上述展開扇形裝置逆向操作即可。在卸載障礙物后機器人重量合適不需再進行操作。

捕捉球：將球推至邊界利用邊界反作用力將球從斜面運送到2號機器人中。

進球射擊：利用電機轉動將球打出。

額外功能：當進攻機器人需要維修時，用防守機器人將球控制在己方手中防止對方進球。防守機器人與進攻機器人角色可以互換。

【參考文獻】

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