| 标题 | 非标准武术擂台机器人的研究与设计 |
| 范文 | 马双琪 马帅宝 摘要：本文主要介绍的是非标准武术擂台机器人的整体结构设计，通过对非标准武术擂台机器人整体结构的设计，并使用优化的控制程序和灵敏度较高的检测传感器，尽可能的使机器人保持高灵活的运动状态，并具有较高的进攻能力和防御能力。 关键词：机器人；整体结构；控制；传感器 机器人技术是集机械、电子、材料、计算机、传感器、控制等多门学科于一体，广泛用于国防、工业、教育等许多领域。因此多了解和掌握机器人技术对个人成长成才有很大的帮助。本文是我们根据比赛规则和以往的经验为基础，提出整体结构设计方案。机器人各部分设计包括攻击部分、驱动部分、检测部分。三个部分的设计对于机器人都是至关重要的。为了能使机器人的防御力增加，我们采用碉堡式外壳的结构。选择合适的电机，能使机器人的运动状态良好。选择比较灵敏的传感器都能使机器人运动起来比较灵活。 1 总体机械结构设计 为了增加车子稳定性能和具有较高的防御能力，我们将“碉堡四棱柱”定为我们车体的总体外形。整体结构图如图一所示： 1.1 前后推板 前后推板又称铲子，我们的车具有前后两个铲子，前面铲子主要用作攻击，后面铲子主要起保护作用，防止因为后面底盘受攻击掉下擂台。铲子由 3mm厚的不锈钢钢板304，由画图软件画制，经激光切割（包括打孔），经折弯机折成形制作而成，铲子前面用砂轮机打磨成锥状。以便于在和对手进行攻击时，把对手铲起来。此外该材料强度较高可以增加车的稳定性和抗冲力能力。 1.2 车体 车底盘呈 260mm*260mm 的正方形，车高 60mm，底板距离地面高度为25mm，车体空闲部分选择镂空减轻车体质量，动起来不显得笨重，更加灵活。车子上下板的连接采用长螺栓连接，使相对位置更加固定，不容易使顶板上的传感器松动。整车使用统一标准螺径，以便于出现问题时容易更换。 轮子直径为65mm，宽25mm，在轮子两边具有突出折弯边框，保护轮子不被碰撞而完全失去活动能力。 2 传感检测系统的设计 机器人通过各种传感器采集回来的信息传回控制中心，由单片机进行分析判断。最后变成控制系统能够识别和处理的信号，作为控制机器人行为的依据。本次设计采用12个红外测距传感器用来探测棋子和敌方机器人的精确位置。2个超声波传感器用来探测敌方机器人的精确位置，避免对方机器人外观的干扰。4个灰度传感器分布在小车的底部四个角用来检测小车所处位置。 3 电池与控制板的放置设计 本次设计中，电池采用水平放置，重心比较低。有利于机器人的平稳运动。控制板和电池都放在小车内部，用上下两块钢板将其包含在内。一方面起到固定作用，另一方面也可以保护其不受对方机器人的撞击。 4 驱动的选择及结构设计 4.1 驱动的选择 随着比赛强度的增大，机器人对力量的追求越来越高，因此选择一个性能强大的马达非常重要。因此我们选择NF0321Z字形减速马达，该马达不仅扭矩大，而且可以保证速度，用在非标车上非常合适。为了使马达转的更快，就必须加上足够大的电压，但马达无法承受高电压，这就需要增加一个马达驱动模块V6.1。此款马达驱动能承受35V的电压，单独为马达供电，提供强劲的动力，同时能增加散热。 4.2 驱动结构的设计 驱动部分需要4个Z字形减速马达，4个Z字形减速马达分别装在4个轮子的内侧，当需要转弯时，机器人控制器控制一个相应的马达转动，另一个马达停止或反方向转动即可完成。我们的马达连接为双向固定，一个经电机拖固定于主板上。另一个固定在经底板折弯侧边切割的圆孔里，这样的固定方式更加牢固，不因为碰撞电机发生偏动。 5 主控板的选择 我们选择的主控板为STM32F103ZET6开发板，此款芯片STM32F103ZET6开发板，为f103系列资源最多的芯片。具备112个IO口，512k的FLASH、64k SARM 非标车上有很多传感器接口，丰富的IO口正好满足需要，同时能输出PWM波控制电机。 6 系统程序设计 系统程序设计较为简单，采用顺讯查询的方式执行主程序。首先启动马达，驱动机器人前进，在规定的区域内开始检测敌人，如果检测到敌人就开始进攻，并检测自己是否到达擂台边缘，以防掉下擂台。具体的程序流程图如图二所示： 7 结语 如今机器人技术越來越受人们的追捧，机器人的使用也越来越广泛。目前我国正掀起一股机器人竞赛的热潮，创新是我国大学生的精髓，参赛机器人都要从概念设计入手，经历设计，制作，调试，改进，等过程最终选出最优方案参加比赛，通过此项赛事，大学生的创造热情得到充分发挥，创造思维和动手能力得到锻炼和培养。 参考文献： [1]刘极峰.机器人技术基础高等教育出版社出版社，2006. 作者简介：马双琪，女，汉族，河南洛阳人，研究方向：机械设计。 |
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