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《武术擂台机器人》毕业设计说明书系部：机电工程系专业：机电一体化班级：机电133班学生姓名：程远东学号：130212325指导教师：尹伟锋毕业设计（论文）开题报告一、选题来源、目的和意义：（一）选题来源：教师自拟（二）选题目的及意义：目前，国内外的许多大学及研究机构都在积极投入人力、财力研制开发针对特殊条件下的安全监测系统。其中包括研究使用远程、无人的方法来进行实现，如机器人、远程监控等。无线传输的发展使得测量变得相对简单而且使得处理数据的速度变得很快甚至可以达到实时处理”。该智能小车可以作为机器人的典型代表。它可以分为三大组成部分：传感器检测部分、执行部分、CPU。机器人要实现自动避障功能，还可以扩展循迹等功能，感知导引线和障碍物。可以实现小车自动识别路线，选择正确的行进路线，并检测到障碍物自动躲避。通过构建智能小车系统，培养设计并实现自动控制系统的能力。在实践过程中，熟悉以单片机为核心控制芯片，设计小车的检测、驱动和显示等外围电路，采用智能控制算法实现小车的智能循迹。灵活应用机电等相关学科的理论知识，联系实际电路设计的具体实现方法，达到理论与实践的统一。在此过程中，加深对控制理论的理解和认识。（1）掌握基本构型和传感器的安装方法，并能搭建出能完成一定功能的机器人，利用创意之星组件，进行避障小车的组装，调试，利用红外传感器进行路障感应，完成避障功能。（2）会用控制器联机调试舵机工作状态，会查询各种传感器的数据。（3）能通过编程实现智能小车自主躲避障碍物的功能（4）对避障小车的避障原理有充分的理解，掌握其避障的方法，能够对实验过程中出现的问题进行解决，发现问题，解决问题。目录第一章绪论……………………………………………………………11.1课题背景…………………………………………………………11.2典型机器人竞赛简介……………………………………………11.2.1国际机器人赛事……………………………………………11.2.2国内机器人赛事……………………………………………21.2.3机器人竞赛的特点…………………………………………41.3武术擂台机器人比赛规简介……………………………………41.3.1比赛场地……………………………………………………81.3.2竞赛方式……………………………………………………81.3.3胜负判定……………………………………………………91.4本文研究的主要内容……………………………………………9第二章竞赛策略……………………………………………………92.1规则分析…………………………………………………………112.2应战策略…………………………………………………………112.2.1将敌方机器人推下擂台……………………………………122.2.2避免被对方推下擂台………………………………………13第三章擂台机器人总体设计方案…………………………………113.1基本内容和问题…………………………………………………113.2总体的设计方案及步骤…………………………………………11第四章擂台机器人机械结构设计…………………………………134.1底板舵机结构件和连接件……………………………………134.2CDS55xx机器人舵机…………………………………………144.3车轮选择………………………………………………………154.4红外接近传感器………………………………………………18第五章擂台机器人控制系统………………………………………225.1CDS55xx机器人舵机的调速软件……………………………………225.2MultiFLEXTM2-PXA270控制器的功能概述……………………255.3控制程序…………………………………………………………33第六章总结与展望…………………………………………………356.1总结………………………………………………………………356.2对进一步的展望…………………………………………………35参考文献………………………………………………………………36附录1cds5500机器人舵机控制程序…………………………………………36附录2控制器原理图………………………………………………………36附录3机器实体照片…………………………………………………………36致谢……………………………………………………………………361第一章绪论1.1课题背景机器人技术是高度综合的现代科学技术，近年来，智能机器人技术飞速发展，智能机器人除了在先进制造领域发挥重要作用之外，已经越来越接近人们的日常生活，以清洁机器人为代表的家庭服务机器人已经在全世界范围内广泛应用。机器人学综合运用了基础科学和应用工程技术的最新成果，是21世纪发展最为迅速、应用前景最为广泛的科学技术领域之一。同时，由于机器人技术的综合性和趣味性，高等工程教育界已经广泛地使用教育机器人平台来开展工程综合实践和创新教育。1.2典型机器人竞赛简介机器人技术迅猛发展、教育理念不断更新，为推动机器人技术的发展，培养学生的创新能力，在全世界范围内相继出现了一系列的机器人竞赛。机器人竞赛，融趣味性、观赏性、科普性为一体，给青少年学生们提供了越来越多充分展示聪明才智的舞台，也提供了一个充分表现科技思想和行动的舞台，培养了实际动手能力，团队协作能力，提高了创新能力。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的培养。机器人竞赛实际上是高技术的对抗赛，从一个侧面反映了一个国家信息与自动化领域基础研究和高科技发展的水平。机器人竞赛使研究人员能够利用各种技术，获得更好的解决方案，从而又反过来促进各个领域的发展，这也正是开展机器人竞赛的深远意义，同时也是机器人竞赛的魅力所在。1.2.1国际机器人赛事2《机器人大擂台》是由英国TNN电视台发起组织的世界上规模最大的科普类游戏节目11年前在英国电视台首次公演。目前他的搏斗系列已经覆盖了全球27个国家：包括英国、美国、瑞典、意大利、荷兰。至今已经举办了4届。参赛者设计并制造无线电控制的战斗机器以角斗士的方式进行战斗，看谁的机器人更胜一筹。竞争者以来于他们闪电般快速的反应和驱动能力，以及他们对于机器人充满想象力和有效性的设计来击败对手。机器人之间不仅相互之间战斗，并且他们还要与主机器人周旋。这些主机器人在场上巡逻，摧毁并分解任何已无行为能力或不幸迷失在绝境中的机器人。在最终比赛中机器人在格斗场上相互格斗，直到其中一个机器人被击败，如果出现平局，专家委员会将根据以下四条标准，决定哪个机器人取得胜利。四个标准分别为：1破坏程度2战斗风格3攻击性4.控制。从1954年美国人Devol颁布工业机器人专利至今已经半个世纪了。它的成长历程印证了这样的论断，机器人是20世纪人类的伟大发明。机器人学的进步和应用是20世纪自动控制最有说服力的成就，是当代最高意义的自动化。机器人技术将筑起21世纪人类新的“长城”。1.2.2国内机器人赛事中国机器人大赛暨RoboCup公开赛是中国最具影响力，最权威的机器人技术大赛、学术大会和展览，本项大赛吸引了中国现有最顶级、全部的机器人专家和日本、美国、德国众多知名机器人学者参与，是当今中国、乃至亚洲机器人尖端技术产业竞赛和国际顶尖人才汇集的活动之一国际RoboCup委员会中国分会设在清华大学，由清华大学的孙增圻教授担任中国委员会主任。特别介绍：中国机器人大赛——机器人武术擂台赛机器人武术擂台赛是中国机器人大赛中一项新的赛事。它的主要内容是：两个完全自主的机器人在一个2米见方的擂台上，使用各种传感器来感知自身的位置、姿态，并感知对手的位置、方向，并利用各种执行器来互相攻击的机器人竞赛。机器人武术擂台赛的参赛机器人需要包括各种传感器（检测自身位置、检测对手位置、检测自身姿态、检测擂台边缘等等）、一个控制器（参赛队员为其编3写程序，控制整个机器人的行为和策略），多个执行器（行走、击打辅助等），麻雀虽小，五脏俱全。并且学生需要根据比赛规则，通过机械、电子、策略等各方面的创新设计，来达到在对抗竞赛中压倒对手的目的，因此是工程创新实践教育的理想平台。激烈而戏剧性的机器人竞赛对抗，能够极大地激发学生的好胜心和积极性。在训练和比赛的过程中，参赛者的综合工程素质，创新能力，团队协作能力都能得到全面的培养。虽然比赛过程仅有短短几分甚至几秒钟的时间，打擂台的机器人尺寸也超不过30厘米，但其中包含了很高的科技含量。机器人装备了数据处理芯片、行走、格斗装置以位置探测器、边缘探测器红外探测器和超声波探测器等仪器，这些设备使机器机器人好像长了脑子、眼睛、耳朵和手脚，从而能够根据场地的不同情况，智能性地完成寻找敌方、格斗、防止自己掉下擂台等任务。目前，机器人武术擂台赛已成为全国最热门的智能机器人竞赛之一。图1-1各种机器人1.2.3机器人竞赛的特点4各种类型的机器人竞赛，一般是在上世纪末兴起的。在不到十年的时间里，机器人竞赛的发展是一个从有到无、从单一到综合、从简单到复杂的过程。具体地说，机器人竞赛具有以下特点：比赛的影响力不断增强。在机器人竞赛的同期，各个组委会都会举办各种机器人展览、相关论坛，旨在为参数选手及专家提供一个交流经验、互相学习的平台，并为机器人相关技术的发展以及机器人在娱乐、教育服务等各领域的应用起到推动作用。因此，会吸引各国科学家、科研人员、学生和企业界人士的共同参与，其影响力也相应得到提高。促进学校教育。以机器人武术擂台赛为例，参加赛事的每个参赛队伍在每年的规则公布之后，会在大约8～12个星期的时间来做准备工作，在这些时间里，参赛选手要想赢的比赛，就必须在互联网上搜集资料、向指导老师请教问题、到图书馆查阅资料以及与其它伙伴交流、探讨问题等等，这同时也是一个面对实际问题、解决问题、克服障碍的过程。因此，参赛队员除了学到了机器人相关知识之外，还能够在自信心、团队合作能力、沟通能力、动手能力等方面等到提高。1.3武术擂台机器人比赛规则简介1.3.1比赛场地如图1-2所示，比赛场地（即擂台）为大小是2400*2400*150mm的正方形矮台，擂台上表面即为擂台场地。图1-2比赛场地1.3.2竞赛方式51）机器人出发地点：比赛开始前，各方参赛机器人应该位于比赛场地旁边各自的出发区。2）3）比赛前双方队员需举手示意机器人已经准备好。开始后不能再触碰机器人，否则将被判本局负。4）每局比赛时间不超过2分钟。比赛时间结束后，裁判员发出比赛结束指令。双方参赛队员在听到比赛结束指令后停止机器人。5）在比赛过程中，一方的机器人出现无法自动恢复的故障、无法继续行动（例如翻倒后无法继续行动）、起火或者其它裁判员认为可能有危险的行为的，裁判员可以宣布中止本局比赛，并判本局比赛对方获胜。6）在比赛过程中，双方机器人交缠在一起或处于僵持状态超过10秒钟，裁判员可以自由裁定，选择让双方机器人重新开始比赛，也可以让比赛继续。7）比赛过程不允许暂停，除非裁判员认为不停止比赛将会危害现场安全或者造成事故。1.3.3胜负判定1）获胜：a)一方机器人离开擂台区域或者机器人的任意部分接触擂台外区域，则另一方获胜，本局比赛结束。b)一方机器人翻倒、损坏或者由于其他原因无法继续行动，裁判员将开始读秒。10秒钟内无法恢复的，则另一方获胜，本局比赛结束。2）平局：a)双方在推挤过程中纠缠地离开擂台，则双方计为平局。1.4本文研究的主要内容6本文主要研究武术擂台机器人的整体结构.在理论上和实际应用上尽可能的使机器人实现高灵活的运动状态。根据比赛规则和以往的经验.提出结构设计方案.设计武术擂台机器人的结构。机器人各部分设计包括攻击部分、驱动部分、检测部分.三部分对机器人设计都是至关重要的。设计铲子的结构.以致能使机器人的攻击力加强。选择合适舵机.使机器人的运行状态良好.比较灵敏的传感器是机器人运行起来比较灵活。对机器人进行结构设计.确定了机器人的整体布局.设计了机器人的主要活动部件、外形、