DOTA對(duì)抗賽機(jī)器人設(shè)計(jì)和定位實(shí)現(xiàn)

摘要：文章主要通過(guò)對(duì)2014年華北五省機(jī)器人大賽中機(jī)器人DOTA對(duì)抗賽中無(wú)線遙控對(duì)抗機(jī)器人進(jìn)行分析和研究，介紹了兩種紅外無(wú)線遙控進(jìn)攻機(jī)器人和一種全自主防守機(jī)器人通訊和擊打裝置的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，使其能根據(jù)操縱者要求完成一系列攻擊、阻礙對(duì)方等復(fù)雜任務(wù)。分別采用了80C51單片機(jī)和深圳天地飛科技開(kāi)發(fā)有限公司的WFT06X—A 2.4GHz六通道比例遙控裝置控制機(jī)器人，出色地完成了對(duì)機(jī)器人的控制并能將其性能最優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)。

關(guān)鍵字： DOTA對(duì)抗 策略 機(jī)器人

0.引言

2014年華北五省機(jī)器人大賽中，首次設(shè)立了以遙控為主、自主為輔的機(jī)器人DOTA對(duì)抗賽，受到了全國(guó)各大媒體的爭(zhēng)相報(bào)道，之后不久，全國(guó)機(jī)器人大賽委員會(huì)對(duì)DOTA對(duì)抗賽中比賽規(guī)則稍作修改，并改名為ROBOTAC，將其納入2015年全國(guó)機(jī)器人大賽比賽范疇。

機(jī)器人DOTA對(duì)抗賽是紅、藍(lán)兩方機(jī)器人在規(guī)定的場(chǎng)地(圖1)上的攻、防對(duì)抗比賽。比賽過(guò)程中，雙方的多臺(tái)機(jī)器人要越過(guò)障礙、進(jìn)行攻擊、進(jìn)攻對(duì)方堡壘，得分高的一方勝利。

俗話說(shuō)“萬(wàn)事開(kāi)頭難”，既然機(jī)器人DOTA對(duì)抗賽是首次設(shè)立的項(xiàng)目，那么機(jī)器人的初期設(shè)計(jì)也是最為困難的。本文就提出了兩種無(wú)線遙控對(duì)抗機(jī)器人和一種全自主防守機(jī)器人的設(shè)計(jì)構(gòu)思。

1.系統(tǒng)構(gòu)成

1.1 遙控裝置

通過(guò)采用天地飛公司開(kāi)發(fā)的一套WFT06X—A2.4GHz六通道比例無(wú)線遙控裝置控制機(jī)器人，當(dāng)操縱遙控裝置上的手柄的時(shí)候，六通道接收機(jī)能發(fā)出不同占空比的PWM波信號(hào)，從而達(dá)到對(duì)外接后續(xù)設(shè)備的控制。

1.2 驅(qū)動(dòng)裝置

機(jī)器人設(shè)計(jì)為通過(guò)12V、25C動(dòng)力電池供電，使用兩個(gè)320A有刷電調(diào)對(duì)四個(gè)12V電機(jī)前后四輪進(jìn)行全驅(qū)動(dòng)。另外通過(guò)調(diào)節(jié)遙控裝置的混控開(kāi)關(guān)使得接收機(jī)輸出符合要求占空比的PWM波控制電調(diào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向直接控制并使用差速法實(shí)現(xiàn)機(jī)器人短時(shí)間快速轉(zhuǎn)彎等動(dòng)作，完成該輪式機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)。

1. 3 擊打裝置

對(duì)于A號(hào)機(jī)器人，選擇使用三位無(wú)通電磁閥，通過(guò)氣壓驅(qū)動(dòng)攻擊桿，對(duì)敵方機(jī)器人實(shí)現(xiàn)有效攻擊。經(jīng)查找相關(guān)有效資料和不斷進(jìn)行比較，最終確定使用經(jīng)過(guò)密封處理 2.2L的可樂(lè)瓶作為儲(chǔ)氣裝置。若接收機(jī)輸出的PWM波無(wú)法直接控制電磁閥，可以選擇使用模擬舵機(jī)設(shè)計(jì)成為一個(gè)機(jī)械開(kāi)關(guān)，直接從電池對(duì)電磁閥供電，通過(guò)遙控裝置對(duì)模擬舵機(jī)機(jī)械臂的上升與下降的控制，從而實(shí)現(xiàn)控制電磁閥的通與斷，從而使得攻擊桿的伸縮得到靈活控制。

對(duì)于B號(hào)機(jī)器人，通過(guò)采用博創(chuàng)機(jī)器人公司提供的工程塑料，在底層驅(qū)動(dòng)平臺(tái)上搭建了一個(gè)高35cm的平臺(tái)，在該平臺(tái)上設(shè)計(jì)攻擊機(jī)構(gòu)。對(duì)于該機(jī)器人，我們?cè)O(shè)計(jì)了兩套攻擊機(jī)構(gòu)。其一，通過(guò)兩個(gè)180°MG996R控制一個(gè)小型的機(jī)械手設(shè)計(jì)了一套掀起裝置，在比賽開(kāi)始前，為了滿足規(guī)則中對(duì)機(jī)器人尺寸的限制，將機(jī)械手置于收起狀態(tài)，放置在之前搭建的平臺(tái)之下，比賽開(kāi)始后，迅速調(diào)節(jié)舵機(jī)角度，使機(jī)械手位于底盤之下，當(dāng)敵方機(jī)器人與我方相遇時(shí)候，能直接伸入敵方機(jī)器人底盤之下，然后再次調(diào)節(jié)舵機(jī)，抬起敵方機(jī)器人，使其瞬間失去攻擊能力;其二(圖4)，通過(guò)小功率直流電機(jī)，驅(qū)動(dòng)一塊長(zhǎng)直金屬條，在比賽過(guò)程中，不斷調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，使得金屬條快速轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)敵方機(jī)器人實(shí)現(xiàn)有效攻擊，可直接破壞其供電系統(tǒng)或生命血條。

2.自主防守機(jī)器人

基本思路來(lái)自于機(jī)器人武術(shù)擂臺(tái)賽中擂臺(tái)機(jī)器人，該機(jī)器人位于比賽場(chǎng)地的“高地”之上，對(duì)我方生命塔進(jìn)行保護(hù)，當(dāng)對(duì)方機(jī)器人進(jìn)入我方高地后即刻進(jìn)行阻擋、沖撞等保護(hù)性措施。

2.1 驅(qū)動(dòng)以及檢測(cè)裝置

采用24V直流電源對(duì)四個(gè)37GB60—555電機(jī)進(jìn)行供電，通過(guò)漫反射型光電開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)紅外檢測(cè)，當(dāng)開(kāi)關(guān)發(fā)射光束時(shí)候，目標(biāo)產(chǎn)生漫反射，發(fā)射器和接收器構(gòu)成單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)部件，當(dāng)有足夠的組合光返回接收器時(shí)候，開(kāi)光狀態(tài)發(fā)生變化，并將該變化反饋到系統(tǒng)主控板80C51單片機(jī)，根據(jù)預(yù)設(shè)程序判斷是否存在敵方機(jī)器人，檢測(cè)距離為3—80cm連續(xù)可調(diào)。

2.2 對(duì)抗策略

根據(jù)光電開(kāi)關(guān)反饋回來(lái)的數(shù)據(jù)，控制板根據(jù)預(yù)設(shè)程序做出相應(yīng)決策。通過(guò)設(shè)置一個(gè)標(biāo)志物，使邊緣檢測(cè)和對(duì)抗在同一優(yōu)先級(jí)，邊緣檢測(cè)部分不分優(yōu)先級(jí)，使得機(jī)器人攻擊性在一定程度上得到了很大的提升。根據(jù)比賽規(guī)則，我方生命塔周圍有一圈白色膠條圍起來(lái)的“禁區(qū)”，我們通過(guò)在機(jī)器人底部設(shè)置灰度傳感器，不斷對(duì)機(jī)器人所處位置的地面進(jìn)行灰度檢測(cè)，當(dāng)檢測(cè)到白色膠條時(shí)候自主后退，也就消除了我方機(jī)器人實(shí)施自殺式攻擊的顧慮。

3.系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

在比賽過(guò)程中，通過(guò)手動(dòng)機(jī)器人的攻擊機(jī)構(gòu)對(duì)敵方機(jī)器人和敵方生命塔實(shí)行有效攻擊獲得分?jǐn)?shù)，自主機(jī)器人在我方高低不斷巡邏，對(duì)入侵高地的敵方機(jī)器人實(shí)行推擋、沖撞等攻擊，保護(hù)我方生命塔，構(gòu)成一套相對(duì)完成的攻防系統(tǒng)。我們開(kāi)發(fā)的這幾款機(jī)器人于2014年在第二屆華北五省機(jī)器人大賽機(jī)器人DOTA對(duì)抗賽中已獲得北京賽區(qū)二等獎(jiǎng)、華北賽區(qū)三等獎(jiǎng)的好成績(jī)。

4. 結(jié)束語(yǔ)

在智能全自主機(jī)器人大行其道的今天，無(wú)線遙控機(jī)器人也在各行各業(yè)當(dāng)中得到了相當(dāng)廣泛的應(yīng)用，通過(guò)對(duì)無(wú)線遙控機(jī)器人不同機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新式設(shè)計(jì)，使得機(jī)器人在人類操控下完成許多人類難以完成的任務(wù)。

本文中所設(shè)計(jì)的兩種無(wú)線遙控機(jī)器人，能基本完成機(jī)器人DOTA對(duì)抗賽的要求，在一定程度上對(duì)敵方機(jī)器人進(jìn)行打擊，但仍然存在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)速度不夠快、打擊力度不夠，攻擊效果不夠明顯等問(wèn)題，在機(jī)器人的材質(zhì)、攻擊機(jī)構(gòu)的設(shè)置和驅(qū)動(dòng)方面有很大的改進(jìn)空間，在以后的無(wú)線遙控機(jī)器人設(shè)計(jì)中，可以采用密封性更好的鋼瓶作為儲(chǔ)氣裝置，并可以使用鋁鋼合金制作機(jī)器人，增加自身的穩(wěn)定性和抗打擊性能。