足球机器人设计毕业论文.doc

足球机器人毕业论文1--总体设计 ２.２.２ 机器人移动方式的选择机器人在地面上移动的方式通常有三种：车轮式、履带式和步行式。 步行移动方式模仿人类或动物的行走机理，用腿脚走路，对环境适应性好，智能程度也相对较高。正因如此，步行移动方式在机构和控制上是最复杂的，技术上也还不成熟，不适于在要求灵活和可靠性高的比赛中。 履带式实际是一种自己为自己铺路的轮式车辆。它是将环状循环轨道履带卷绕在若干滚轮外，使车轮不直接与地面接触。履带式的的优点是着地面积比车轮式大，所以着地压强小；另外与路面黏着力强，能吸收较小的凸凹不平，适于松软不平的地面。因此，履带式广泛用在各类建筑机械及军用车辆上。 车轮式移动是最常见的一种地面行进方式。车轮式移动的优点是：能高速稳定的移动，能量利用效率高，机构和控制简单，而且技术比较成熟。它的缺点是对路面要求较高，适于平整硬质路面。 在本机器人足球比赛中，场地为室内光滑平整地面，非常适合车轮运动，因此本设计选用车轮式运动方式。 2.3.2 机器人电路硬件选择　　　根据规则所描述，要求机器人尺寸较为小巧，直径为２２cm，并且不允许人工干设其操作，需要自动控制。因此选用单片机为核心的控制器件，小型直流电机作为动力驱动，可以达到比赛的基本要求。 单片机价格低廉，体积小巧，一般为２０引脚或４０引脚封装，其中包括了中央处理器，数据存储器、程序存储器输入输出设备。对于需要灵活机动，精度要求不高，有可扩展性及程序可擦写和简单成熟的编程平台等要求，单片机不失为最合适的选择。 电机选择方面，考虑到机器人本身自重不大，必且场地尺寸有限，可选用小型直流伺服电机，可用电枢电压作为速度控制信号，但必须加装减速箱以适应低转速和大扭矩的应用环境。 ２.４.２　传感器元件及转换元件选择通过对比赛规则的解读可以发现，对于球和场地基板的设计是该项比赛中最具特色内容，它对机器人的核心设计――传感器以及比赛的方式产生了决定性的影响。 发出红外光的足球意味着机器人必须有红外传感器来对其进行检测。红外线波长介于可见光和无线电波之间，大约０．７６ｎｍ-１０００ｎｍ，而光电传感器其所用到的波长选择在近红外区，即０．７６-９３０ｎｍ。常用的红外线接收元件为光电二极管和光电三极管。它们可以将接收到的光变化转变的电流变化。 比赛的场地图纸为纵向的黑白灰度渐变，这意味着机器人对进攻方向作出正确判断必须要能读出场地的灰度变化信息。要实现这一功能，则要用到红外光电反射式传感器。该元件由红外发光管和接受管组成。发光管材料一般为砷化钾半导体，发光波长范围在０．７６-１．５ｎｍ，小功率的管压降１．０-１．３ｖ，平均工作电流２０-５０ｍＡ，红外发管有指向角，光轴，波长，辉度等性能指标。红外接收管可用上述光电二极管或三极管。 红外元件所接收的信号，根据情况的需要，要进行模拟-数字量的转换，因此需要ＡＤ转换芯片，ＡＤ转换的选择要根据所选用的的单片机来确定。本文所选用的５１系列单片机，由于其端口的限制，需要ＡＤ转换器具有串口数据输出功能。 2.5.2 机器人运行算法的构想对比赛过程的规则进行分析后发现，比赛的进行与真实的足球比赛的思维过程是一致的，机器人需要完成下述动作循环 图2-4 然而在这一过程中，最关键的一步是把球攻进正确的球门。其难点在于找球的传感器与地面方向的传感器是相互独立的两套系统，怎样才能让机器人判断当前状态是找球过程还是在带球进攻过程。如果单独执行找球程序，让机器人跟随球的方向前进，很有可能把球撞入己方球门；如果单独执行方向判断程序，机器人则无法知道当前球的位置，有可能在没有控球的情况下冲向对方球门而造成无效的进攻。 怎样解决找球程序和进攻方向判断程序的衔接，避免乌龙球和无效的进攻，这是算法设计要解决的重要问题。然而笔者查阅过一些相关资料，一直没有找令人满意的算法解决方案。 由于机器人套件的外形限制，在外形上做一些改动以适应算法需要的想法无法实现。而本设计这是利用了外形可以自行设计的优势，通过加装了一个“持球探测臂”来解决算法上找球程序和进攻方向判断程序的衔接的问题。 图2-5 如图所示，当机器人寻找到球，并把球控制在控球板内时，持球探测臂上垂直向下的持球传感器将接收到红外信号并转换为电流变化。利用该信号作为是否持球的判断标志，单片机不断查询该标志位。若该标志位无信号反馈，则说明机器人没有控球，执行找球程序；若该标位有信号反馈，则说明已经控球，则执行进攻方向判断及带球进攻程序。 简要流程如下： 图2-6 ２．6 Rhino绘制的机器人效果图 图２－７(点击放大) 各部分零件介绍： 图２－８ 图２－９ 图2-10 第三章 动力驱动部件与运动方式设计 3.2.3 四轮移动配置和操舵方式　　3轮机器人车体配置结构虽然简单，但稳定性差，遇到