武术擂台机器人的结构改进方案

摘 要：在人工智能高度发展的今天，机器人的发展突飞猛进，本文通过对参加江苏省武术擂台机器人比赛而制定的基本策略的分析和南京林业大学参加2017年武术擂台机器人大赛的现场实际情况，制定了一些在短期内即可实现的改进方案。

关键词：武术机器人；攻击；改进方案

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

1 基本策略

武术擂台机器人比赛目的在于促进智能机器人技术的普及，参赛队需要在规则范围内控制自己组装或者自制的擂台赛机器人模拟中国擂台搏击的形式，互相击打或推挤，如果一方机器人翻倒或掉下比赛台面，则另一方获胜。基本的比赛策略为机器人应攻防兼备，并以进攻为主要目的，比赛开始后通过红外测距传感器尽快确定敌方位置，并迅速调整方位，以最快速度出击推挤敌方，将敌方推下比赛台面。但为了自身的防御必须安装防止自己掉下台面的灰度传感器，探测自己与台面边缘的位置然后做出适当动作避免自己掉下台面。在比赛过程中，机器人要时刻判断自身在搏击过程中所处境遇的优劣，及时做出调整，通过进攻、防守策略的选择来巩固优势或扭转劣势。

2 不足之处

在比赛中，多组机器人采用了模块化的塑料组装套件组装而成，在达到比赛规定的最大重量和高度要求时，会造成重心偏高的后果，当遇到装备有“工程铲”（机器人前置倾斜塑料板）的敌人时，很容易被铲翻或者推下比赛台面。

并且，在很多场次的搏击中，往往是两组机器人接触到之后，发生僵持的场面，即双方均不前进或者后退，一直延续到比赛时间结束而被判定双方平局。

在控制方面，有些機器人动作启动慢，比赛哨声响起以后，自己在做出动作之前，敌方就已经来到自己面前将自己推下比赛台面；有些机器人程序错误或无法检测到敌人，启动以后会在比赛台面上四处游走，甚至掉下比赛台面。

3 改进方案

在比赛中，重心越低的机器人越占优势，为了尽量降低机器人的重心并且简化结构（为了使敌方方难以捕捉己方），可以将底层套件材料改为质量较重的金属材料，加重底层结构并且简化上层结构，以使机器人的重心偏低。为了避免原有套件的约束，参赛队伍在组装机器人前根据对机器人的整体设计理念完成套件的设计加工工作，给机器人穿上“钢盔铁甲”，从而在比赛中更有攻击力和防御能力。

为了避免互相僵持的场面发生，可以增加辅助进攻程序。比如在原有始终贴着地面而不动的“工程铲”的基础上安装自动伸缩设备，通过程序控制“工程铲”在发生僵持时来回伸缩从而继续推挤敌方。

改进调试控制程序和测距传感器的性能，以达到动作准确，拥有快速灵活的反应能力和能够准确感知敌方和比赛台面边缘并远离边缘的能力。机器人至少要有四个灰度传感器，分布在机器人的四个拐角，并保证在距离比赛台面边缘至少10cm处即可检测到边缘，从而作出反应避免掉下比赛台面。传感器的安装位置应尽可能低和隐蔽，防止与敌方在推挤时造成其角度改变或失效。

改进电机和电机驱动，增强进攻时的动力和检测到边缘时做出的快速反向后退的动力。电机功率不宜过大，选择适中就行，过大容易占据机器人的大部分重量，从而限制了其他部件的应用，而且功率过大也容易造成浪费，因为整机的重量是一定的，也就是说正压力是一定的，摩擦系数也是一定的。

根据公式： 摩擦力=正压力×摩擦系数

在正压力和摩擦系数无法加大的情况下过大的功率使机器人更多时候是在打滑和抖动，没有太大意义；而且，电机功率过大，造成机器人速度过快，不容易控制，容易掉下比赛台面。

采用强吸收红外线的材料包装机器外壳。武术擂台机器人多采用红外传感器捕捉敌人，改变己方机器人的外观颜色，降低敌方传感器的有效识别距离，也可以起到“隐身”的作用。

在机器人的底板前后方向安装支撑架，当机器人有倾斜倾向时，支撑架会起到支撑的作用防止机器人过度倾斜以至于翻倒。

4 总结

在武术擂台机器人比赛中，我们发现，没有哪一组机器人是常胜冠军，在武术擂台机器人的比赛中，特别要注意以下几点： （1）重量：应尽可能接近比赛要求极限，只有重量越重，重心越低，给机器人轮子提供的正压力才能越大，才能有效防止己方被推下擂台。（2）尺寸：尺寸大小也应当尽量接近比赛限制，只有这样机器人才能尽量做得低，才有可能尽量稳定， 不易被敌方发现。 （3）电机功率和速度：电机功率并非越大越好，要与重量相协调，否则在擂台边缘不容易停下来，从而冲下比赛台面。（4）控制卡的要求：武术擂台机器人对控制卡的主频要求不高，一般采用2MHz以上的主频就够用了。

机器人技术是一门不断突飞猛进发展的学科，不仅在控制上要发展，在结构上也还需要不断的优化，从实践中来，到实践中去，通过自己动手实践，开阔了我们的视野，也激发了我们的创新意识。

参考文献：

[1]张一春，李国利，王翠红，郭迈.武术擂台机器人攻击方案的研究与调试[J].机电技术，2017（05）：13-14.

[2]沈新峰.武术机器人的研究[J].山东工业技术，2014（21）：212.

[3]李卫国，王志刚.进攻型武术擂台机器人的研究与实践[J].机器人技术与应用，2009（04）：41-43.

[4]杨学军，丁盖盖.防守型武术擂台机器人的研究与实践[J].机器人技术与应用，2009（04）：44-46.

作者简介：丁奉龙（1996-），男，安徽宿州人，学生，机械电子工程专业。