非標準武術擂臺機器人的研究與設計

馬雙琪　馬帥寶

摘要：本文主要介紹的是非標準武術擂臺機器人的整體結構設計，通過對非標準武術擂臺機器人整體結構的設計，并使用優化的控制程序和靈敏度較高的檢測傳感器，盡可能的使機器人保持高靈活的運動狀態，并具有較高的進攻能力和防御能力。

關鍵詞：機器人；整體結構；控制；傳感器

機器人技術是集機械、電子、材料、計算機、傳感器、控制等多門學科于一體，廣泛用于國防、工業、教育等許多領域。因此多了解和掌握機器人技術對個人成長成才有很大的幫助。本文是我們根據比賽規則和以往的經驗為基礎，提出整體結構設計方案。機器人各部分設計包括攻擊部分、驅動部分、檢測部分。三個部分的設計對于機器人都是至關重要的。為了能使機器人的防御力增加，我們采用碉堡式外殼的結構。選擇合適的電機，能使機器人的運動狀態良好。選擇比較靈敏的傳感器都能使機器人運動起來比較靈活。

1 總體機械結構設計

為了增加車子穩定性能和具有較高的防御能力，我們將“碉堡四棱柱”定為我們車體的總體外形。整體結構圖如圖一所示：

1.1 前后推板

前后推板又稱鏟子，我們的車具有前后兩個鏟子，前面鏟子主要用作攻擊，后面鏟子主要起保護作用，防止因為后面底盤受攻擊掉下擂臺。鏟子由 3mm厚的不銹鋼鋼板304，由畫圖軟件畫制，經激光切割（包括打孔），經折彎機折成形制作而成，鏟子前面用砂輪機打磨成錐狀。以便于在和對手進行攻擊時，把對手鏟起來。此外該材料強度較高可以增加車的穩定性和抗沖力能力。

1.2 車體

車底盤呈 260mm*260mm 的正方形，車高 60mm，底板距離地面高度為25mm，車體空閑部分選擇鏤空減輕車體質量，動起來不顯得笨重，更加靈活。車子上下板的連接采用長螺栓連接，使相對位置更加固定，不容易使頂板上的傳感器松動。整車使用統一標準螺徑，以便于出現問題時容易更換。

輪子直徑為65mm，寬25mm，在輪子兩邊具有突出折彎邊框，保護輪子不被碰撞而完全失去活動能力。

2 傳感檢測系統的設計

機器人通過各種傳感器采集回來的信息傳回控制中心，由單片機進行分析判斷。最后變成控制系統能夠識別和處理的信號，作為控制機器人行為的依據。本次設計采用12個紅外測距傳感器用來探測棋子和敵方機器人的精確位置。2個超聲波傳感器用來探測敵方機器人的精確位置，避免對方機器人外觀的干擾。4個灰度傳感器分布在小車的底部四個角用來檢測小車所處位置。

3 電池與控制板的放置設計

本次設計中，電池采用水平放置，重心比較低。有利于機器人的平穩運動。控制板和電池都放在小車內部，用上下兩塊鋼板將其包含在內。一方面起到固定作用，另一方面也可以保護其不受對方機器人的撞擊。

4 驅動的選擇及結構設計

4.1 驅動的選擇

隨著比賽強度的增大，機器人對力量的追求越來越高，因此選擇一個性能強大的馬達非常重要。因此我們選擇NF0321Z字形減速馬達，該馬達不僅扭矩大，而且可以保證速度，用在非標車上非常合適。為了使馬達轉的更快，就必須加上足夠大的電壓，但馬達無法承受高電壓，這就需要增加一個馬達驅動模塊V6.1。此款馬達驅動能承受35V的電壓，單獨為馬達供電，提供強勁的動力，同時能增加散熱。

4.2 驅動結構的設計

驅動部分需要4個Z字形減速馬達，4個Z字形減速馬達分別裝在4個輪子的內側，當需要轉彎時，機器人控制器控制一個相應的馬達轉動，另一個馬達停止或反方向轉動即可完成。我們的馬達連接為雙向固定，一個經電機拖固定于主板上。另一個固定在經底板折彎側邊切割的圓孔里，這樣的固定方式更加牢固，不因為碰撞電機發生偏動。

5 主控板的選擇

我們選擇的主控板為STM32F103ZET6開發板，此款芯片STM32F103ZET6開發板，為f103系列資源最多的芯片。具備112個IO口，512k的FLASH、64k SARM 非標車上有很多傳感器接口，豐富的IO口正好滿足需要，同時能輸出PWM波控制電機。

6 系統程序設計

系統程序設計較為簡單，采用順訊查詢的方式執行主程序。首先啟動馬達，驅動機器人前進，在規定的區域內開始檢測敵人，如果檢測到敵人就開始進攻，并檢測自己是否到達擂臺邊緣，以防掉下擂臺。具體的程序流程圖如圖二所示：

7 結語

如今機器人技術越來越受人們的追捧，機器人的使用也越來越廣泛。目前我國正掀起一股機器人競賽的熱潮，創新是我國大學生的精髓，參賽機器人都要從概念設計入手，經歷設計，制作，調試，改進，等過程最終選出最優方案參加比賽，通過此項賽事，大學生的創造熱情得到充分發揮，創造思維和動手能力得到鍛煉和培養。

參考文獻：

[1]劉極峰.機器人技術基礎高等教育出版社出版社，2006.

作者簡介：馬雙琪，女，漢族，河南洛陽人，研究方向：機械設計。