对抗机器人擂台定位设计

赵宝森　许晓飞　靳宸北京信息科技大学自动化学院



对抗机器人擂台定位设计

赵宝森许晓飞靳宸
北京信息科技大学自动化学院

文章介绍擂台机器人的基本构成和工作原理，采用8个红外传感器检测模块检测对方机器人距离以及擂台上的位置，在控制器内编写对抗策略，实现全自主的进行擂台对抗，具有更强大的攻击力和防御力和灵活的机动性，这将使得擂台机器人比赛更加具有可观性。

机器人 擂台对抗 智能

1　引言

随着机器人技术的飞速发展，机器人竞技运动在世界各地蓬勃兴起。擂台对抗机器人是在第三代机器人研发的背景下发展出来的。它是用于进行擂 台对抗而开发出来的，它给机器人的智能控制提供了一个发展的平台。现在的擂台对抗机器人已经可 以基本实现全自主的进行擂台对抗。擂台机器人将具有更加强大的攻击力和防御力，具有更加灵活的 机动性，这将使得擂台机器人比赛更加具有可观性。 本擂台对抗机器人是基于红外无线的检测原理进行设计的，红外检测采用点对点的数据传输协议，是 目前国际上普遍采用的无线传输技术。它采用红外波段内的近红外线，波长在0.75um至25um之间，检测距离一般在0cm至80cm之间，红外检测技术提供 了一种低成本、短距离、高速率的检测方式，基于红外无线检测技术的擂台对抗机器人具有快速、可靠、抗干扰性强的特性。

2　系统简介

擂台机器人以控制器为核心；用红外传感器检 测擂台机器人距离擂台边缘的位置，以便及时擂台 机器人的位置，以防止擂台机器人冲出擂台；用红 外传感器检测对方的擂台机器人的位置，以便擂台 机器人寻找对方的擂台机器人的位置并攻击；用直 流电机驱动擂台机器人；用舵机驱动擂台机器人的 后方攻击部分，如图1所示：构架简图。 图1 擂台机器人设计框图 （参见右栏） 红外检测技术就是利用950nm的红外线为载体进行信息的传递，其实质就是对二进制数字信号进 行调制与解调。发送端利用脉时调制方式，将二进制数字信号调制成固定频率的脉冲序列，并利用该脉冲序列驱动红外传感器向外发射红外线，其接收 端将接收到的脉冲信号转换成电信号，再将此电信号经过放大、滤波等处理后送给解调电路进行解调， 还原成二进制数字电信号后输出。本次擂台对抗机器人的设计采用24V电源供电， 中心控制器采用STC12C5A60S2单片机，通过7805 芯片为其供电，采用24V/50W的直流减速电机，通过双BTS/BTN7970大电流H桥电路驱动，选用的红外传感器有效距离3-80cm可调，响应时间小于 1ms，5V供电。

3　对抗策略实现硬件设计

根据擂台竞赛规则，设计对抗策略，包括在进攻中高效对抗的机器人的各种博弈，在机器人擂台赛中，机器人之间进行一对一对战，通过各种战术有效的将对方机器人推出场外。如果一方机器人整体离开擂台区域。则另一方获胜。如果双方均未离开擂台，则在比赛时间结束后。距离擂台中央的擂主区域近的一方获胜。车体设有8个红外传感器检测模块， 其中4个红外传感器平行于车体放置，用于检测障碍物并进行对抗，机器人的前方设计有防护装置和攻击装置，当左边检测到障碍物时，车体迅速向左旋 转90°，当右边检测到障碍物时，车体迅速向右旋 转90°，当后方检测到障碍物时，车体先向右旋转90°，再向右旋转90°，面对障碍物后小车加速冲 向障碍物进行对抗。另外4个红外传感器与车体呈大约30°角放置，并放在车体的四角，用于检测边缘，当检测到障碍物时，表示小车在擂台上，当其中只 要有一个红外传感器未检测到障碍物，则表示小车处于擂台边缘，小车便转向擂台中央。

设计出相应机器人的底座；搭建擂台机器人对抗平台，合理布置红外模块或超声波模块用于边缘 检测；合理选择红外模块用于对抗；合理选择加速 度模块并编写灵活的算法避免与其他机器人相持；合理选择大功率大扭矩电机使机器人拥有速度与力量；合理设计外观，使机器人美与坚固并存，使机器人更具有攻击性。

4　软件设计

由分到总的设计理念：先熟悉机器人各部分的设计，最后融合处理，使机器人具有灵活性，最终设计出合格的产品。擂台对抗机器人的软件设计流 程图如图3所示，基于单片机编程处理；进一步研究机器人在博弈过程中如何搭配各种模块，需要研 究并合理选择边缘检测模块，对抗检测模块，电机 控制模块。需要编写智能控制程序，采用51单片机或Arduino控制。编写简洁易用的程序驱动机器人，让机器人攻防效果更佳，实现武术擂台对抗机器人程序运行中，命令行执行过程是：首先机器人上电，做出出发的手势后，机器人冲上擂台，同时开启红外检测；机器人处于边缘，博弈标志位Flag 置1，单片机发出相应的信号给电机驱动模块，驱 动电机向擂台中央旋转；机器人检测到障碍物，博弈标志位Flag置0，单片机发出加速的信号给电机驱动模块，驱动电机加速；若两个机器人力量相当，单片机便发出后退的信号给电机驱动模块，驱动电机后退，寻找合适的时机再进行对抗。

5　实验结果与结论

本次设计的擂台对抗机器人在实验室进行了反复的试验，试验表明该装置灵敏、可靠。机器人启动后，在80cm范围内能够有效检测到障碍物并进行撞击，若障碍物体积巨大，机器人在对抗6s后自动退回并寻找合适的对抗点，在距离边缘大约10cm处，机器人可以快速反应并向中央旋转。所以，该装置具有良好的对抗性能，可以进行擂台对抗机器人的比赛，具有一定的使用价值。我们发现小车在检测到前方有障碍物时自动后退并调整了方向，准备避开障碍物。最后小车顺利避开障碍物，成功通过，达到了预期的目的。下表是对多障碍物避障的避障结果。经过可行性分析实验，各个模块的精度均适合边缘检测与对抗，实用性很强，51单片机或 Arduino足以控制这些模块，再加上灵活的编程控制，易于实现。

下一步研究重点是擂台机器人将设计成车型机器人，这样使得机器人的重心变低，在对抗中更加具有优势，更能有效的达到目的。机器人的外观将 会扩展，将会使用具有一定坡度的坚硬材料使机器人具有更强的攻击性，美与力量共存。采用Arduino 单片机，处理速度更快，使机器人攻防兼备；机器人攻击策略智能模块化。

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