武術擂臺機器人上臺裝置的結構設計

李慶洋

摘要：在眾多的機器人賽事當中，武術擂臺機器人項目因為其觀賞性和趣味性吸引著越來越多的人參加。近年，因為比賽規則的改變，機器人由原來的斜坡上臺改為了無斜坡自主登臺，因此，對擂臺機器人又提出了新的要求，本文針對新規則設計出新的上臺裝置，并且在實戰當中取得了不錯的成績。

關鍵詞：武術擂臺；機器人；自主登臺

1 項目簡介

機器人武術擂臺賽是一種對抗性比賽，比賽場地是正方形6cm高的矮臺，臺上即為擂臺場地，場地四周700mm處有高500mm的方形黑色圍欄。比賽時需要參賽雙方機器人自主登上6cm高的比賽場地，尋找對手并將對手推下擂臺。在此過程中，如機器人掉下或被推下擂臺，機器人需要自主登上擂臺繼續比賽，如在10秒倒計時后仍未能登臺，則給對方加1分，隨后以每10秒得1分給對方加分，直至機器人登上擂臺[1]。因此，如何能快速簡單的登臺在比賽中變得至關重要。

2 武術擂臺機器人的登臺機構設計

2.1 新的比賽要求

傳統的武術擂臺賽的場地為大小為長、寬分別為是 2400 mm，高 150mm 的正方形矮臺，臺上表面即為擂臺場地。場地的兩個角落設有坡道，機器人從出發區啟動后，沿著該坡道走上擂臺[2]。

新的武術擂臺賽比賽場地是大小為長、寬分別為是 2400 mm，高 60mm 的正方形矮臺，臺上表面即為擂臺場地。無斜坡，機器人從出發區啟動后，可以從任意地方登臺。

2.2 上臺裝置設計

因為新的比賽規則去除了坡道的設置，所以機器人要想登上60mm高的擂臺，必須要對機器人的結構進行重新設計，為登臺設計專門的機構，實現機器人的自主登臺。

根據對比賽場地的分析，登上60mm高的擂臺方式有如下幾種：

2.2.1 直接登臺式

可以使用半徑大于60mm的車輪或者使用履帶結構，這樣機器人可以直接走上擂臺。這種方式的優點是上臺很迅速。缺點是提高了機器人的重心，在比賽當中容易被對方推下臺，進攻上靈活性較低。

2.2.2 攀爬式

可以利用攀爬機構，使機器人爬上擂臺，例如使用舵機，在機器人的前后各安裝2個舵機，利用舵機轉動一定的角度，驅動爪子，構成攀爬結構使擂臺機器人爬上擂臺。這種方式的優點是不改變機器人的驅動結構，進攻靈活、重心低防御力強。缺點是需要安裝四個舵機，而機器人的大小是有限制的，四個舵機會很占用機器人的空間，并且舵機的增加，又使得機器人出現故障的幾率增加，上臺速度較慢。

對比上述兩種登臺方式各自的優缺點和實際實驗，我們設計出一種新的上臺裝置，上臺裝置為一個弧形板或平面板，安裝在機器人的尾部，與車身下層底盤的角度為120°140°之間如下圖所示。

這種上臺裝置只需要機器人后端朝著擂臺提供一定的速度即可輕松沖上擂臺，不需要其他額外的動力裝置和機械裝置。

2.3 其他硬件結構

配合上臺裝置完成上臺的還需要其它硬件結構，控制器選擇基于STM32單片機的LUBY控制器；電機選擇24V900轉納英特60W直流電機，配合駝峰輪使用。傳感器選擇4個紅外光電傳感器和4個紅外測距傳感器，分別安裝在機器人的前后左右的上下端，紅外光電傳感器的安裝高度要低于60mm（擂臺高度），紅外測距傳感器的安裝高度要高于60mm。傳感器主要用于檢測機器人所處的位置，做出相應的調整動作，完成上臺。

3 具體實施過程

首先通過傳感器的狀態來判斷武術擂臺機器人是否在擂臺上，當四個紅外光電傳感器當中有兩個或兩個以上輸出低電平的時候，說明擂臺機器人在臺下（機器人位于圍欄和擂臺之間），然后控制器判斷機器人的朝向并輸出控制信號：

（1）當前紅外光電傳感器和后紅外光電傳感器處于低電平并且前紅外測距傳感器高于設定閾值時，說明機器人車頭朝圍欄車尾朝擂臺邊沿，使機器人向前移動一小段距離留出加速空間，再使機器人向后高速移動沖上擂臺。

（2）當前紅外光電傳感器和后紅外光電傳感器處于低電平并且后紅外測距傳感器高于設定閾值時，說明機器人車尾朝圍欄車頭朝擂臺邊沿，使機器人原地旋轉180度后，向前移動一小段距離留出加速空間，再使機器人向后高速移動沖上擂臺；

（3）當左紅外光電傳感器和右紅外光電傳感器處于低電平并且左紅外測距傳感器高于設定閾值時，說明機器人左側朝圍欄右側朝擂臺邊沿，使機器人原地逆時針旋轉90度后，向前移動一小段距離留出加速空間，再使機器人向后高速移動沖上擂臺；

（4）當左紅外光電傳感器和右紅外光電傳感器處于低電平并且右紅外測距傳感器高于設定閾值時，說明機器人右側朝圍欄左側朝擂臺邊沿，使機器人原地順時針旋轉90度后，向前移動一小段距離留出加速空間，再使機器人向后高速移動沖上擂臺。

4 結語

本文根據武術擂臺賽的新規則，為滿足機器人自主登臺的需要，通過分析擂臺的布置和機器人的特點，設計出一種快速登臺的上臺裝置，不僅結構簡單而且上臺的效率和成功率也很高，在實際比賽當中也取得了理想的成績，驗證了此種登臺方式是目前非常簡單易行的方式。

參考文獻：

[1]2017中國機器人大賽武術擂臺賽無差別1vs1項目比賽規則.

[2]2015機器人武術擂臺賽規則標準平臺無差別組（1VS1）.

[3]張永清，王巖，孫黎.基于武術擂臺賽無差別組輪式機器人的開發設計與關鍵技術研究[J].河北建筑工程學院學報，2017，35（02）：114117.