武術擂臺機器人的結構改進方案

摘 要：在人工智能高度發展的今天，機器人的發展突飛猛進，本文通過對參加江蘇省武術擂臺機器人比賽而制定的基本策略的分析和南京林業大學參加2017年武術擂臺機器人大賽的現場實際情況，制定了一些在短期內即可實現的改進方案。

關鍵詞：武術機器人；攻擊；改進方案

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

1 基本策略

武術擂臺機器人比賽目的在于促進智能機器人技術的普及，參賽隊需要在規則范圍內控制自己組裝或者自制的擂臺賽機器人模擬中國擂臺搏擊的形式，互相擊打或推擠，如果一方機器人翻倒或掉下比賽臺面，則另一方獲勝。基本的比賽策略為機器人應攻防兼備，并以進攻為主要目的，比賽開始后通過紅外測距傳感器盡快確定敵方位置，并迅速調整方位，以最快速度出擊推擠敵方，將敵方推下比賽臺面。但為了自身的防御必須安裝防止自己掉下臺面的灰度傳感器，探測自己與臺面邊緣的位置然后做出適當動作避免自己掉下臺面。在比賽過程中，機器人要時刻判斷自身在搏擊過程中所處境遇的優劣，及時做出調整，通過進攻、防守策略的選擇來鞏固優勢或扭轉劣勢。

2 不足之處

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

并且，在很多場次的搏擊中，往往是兩組機器人接觸到之后，發生僵持的場面，即雙方均不前進或者后退，一直延續到比賽時間結束而被判定雙方平局。

在控制方面，有些機器人動作啟動慢，比賽哨聲響起以后，自己在做出動作之前，敵方就已經來到自己面前將自己推下比賽臺面；有些機器人程序錯誤或無法檢測到敵人，啟動以后會在比賽臺面上四處游走，甚至掉下比賽臺面。

3 改進方案

在比賽中，重心越低的機器人越占優勢，為了盡量降低機器人的重心并且簡化結構（為了使敵方方難以捕捉己方），可以將底層套件材料改為質量較重的金屬材料，加重底層結構并且簡化上層結構，以使機器人的重心偏低。為了避免原有套件的約束，參賽隊伍在組裝機器人前根據對機器人的整體設計理念完成套件的設計加工工作，給機器人穿上“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面發生，可以增加輔助進攻程序。比如在原有始終貼著地面而不動的“工程鏟”的基礎上安裝自動伸縮設備，通過程序控制“工程鏟”在發生僵持時來回伸縮從而繼續推擠敵方。

改進調試控制程序和測距傳感器的性能，以達到動作準確，擁有快速靈活的反應能力和能夠準確感知敵方和比賽臺面邊緣并遠離邊緣的能力。機器人至少要有四個灰度傳感器，分布在機器人的四個拐角，并保證在距離比賽臺面邊緣至少10cm處即可檢測到邊緣，從而作出反應避免掉下比賽臺面。傳感器的安裝位置應盡可能低和隱蔽，防止與敵方在推擠時造成其角度改變或失效。

改進電機和電機驅動，增強進攻時的動力和檢測到邊緣時做出的快速反向后退的動力。電機功率不宜過大，選擇適中就行，過大容易占據機器人的大部分重量，從而限制了其他部件的應用，而且功率過大也容易造成浪費，因為整機的重量是一定的，也就是說正壓力是一定的，摩擦系數也是一定的。

根據公式： 摩擦力=正壓力×摩擦系數

在正壓力和摩擦系數無法加大的情況下過大的功率使機器人更多時候是在打滑和抖動，沒有太大意義；而且，電機功率過大，造成機器人速度過快，不容易控制，容易掉下比賽臺面。

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

在機器人的底板前后方向安裝支撐架，當機器人有傾斜傾向時，支撐架會起到支撐的作用防止機器人過度傾斜以至于翻倒。

4 總結

在武術擂臺機器人比賽中，我們發現，沒有哪一組機器人是常勝冠軍，在武術擂臺機器人的比賽中，特別要注意以下幾點： （1）重量：應盡可能接近比賽要求極限，只有重量越重，重心越低，給機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。（2）尺寸：尺寸大小也應當盡量接近比賽限制，只有這樣機器人才能盡量做得低，才有可能盡量穩定， 不易被敵方發現。 （3）電機功率和速度：電機功率并非越大越好，要與重量相協調，否則在擂臺邊緣不容易停下來，從而沖下比賽臺面。（4）控制卡的要求：武術擂臺機器人對控制卡的主頻要求不高，一般采用2MHz以上的主頻就夠用了。

機器人技術是一門不斷突飛猛進發展的學科，不僅在控制上要發展，在結構上也還需要不斷的優化，從實踐中來，到實踐中去，通過自己動手實踐，開闊了我們的視野，也激發了我們的創新意識。

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作者簡介：丁奉龍（1996-），男，安徽宿州人，學生，機械電子工程專業。