基于INNOSTAR平臺(tái)的武術(shù)擂臺(tái)機(jī)器人設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

王 楊，李正潔，李元金，程 科

（1.滁州學(xué)院 計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院；2.江蘇科大智慧海工裝備有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212000；3.滁州學(xué)院 發(fā)展規(guī)劃處，安徽 滁州 239000）

基于INNOSTAR平臺(tái)的武術(shù)擂臺(tái)機(jī)器人設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

王 楊1,2，李正潔3，李元金1，程 科2

（1.滁州學(xué)院 計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院；2.江蘇科大智慧海工裝備有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212000；3.滁州學(xué)院 發(fā)展規(guī)劃處，安徽 滁州 239000）

目前機(jī)器人廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域，本文設(shè)計(jì)的武術(shù)擂臺(tái)機(jī)器人采用北京博創(chuàng)科技有限公司提供的“創(chuàng)意之星”套件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，基于INNOSTAR平臺(tái)，利用灰度傳感器、紅外測(cè)距傳感器、紅外傳感器、電機(jī)、舵機(jī)及相關(guān)部件來(lái)搭建，并驗(yàn)證機(jī)器人外形的科學(xué)性，在合理的范圍內(nèi)自主完成武術(shù)擂臺(tái)機(jī)器人的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).控制機(jī)器人部件的軟件程序是通過(guò)C語(yǔ)言編寫(xiě)的，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明，機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了登臺(tái)、攻擊、起身等動(dòng)作，并模擬人的形態(tài)、基本動(dòng)作和簡(jiǎn)單的思維，基本滿足功能設(shè)計(jì)需求.

武術(shù)擂臺(tái)機(jī)器人；INNOSTAR平臺(tái)；“創(chuàng)意之星”套件；傳感器；智能化

在當(dāng)今信息化社會(huì)，機(jī)器人技術(shù)不斷地發(fā)展進(jìn)步，融合了電子、機(jī)械、傳感器、自動(dòng)控制和人工智能等眾多先進(jìn)技術(shù).從20世紀(jì)以來(lái)，機(jī)器人技術(shù)的出現(xiàn)不僅標(biāo)志人類技術(shù)的進(jìn)步，還是人們邁向新時(shí)代的第一步.在經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)經(jīng)歷了誕生到成長(zhǎng)，如今已經(jīng)步入青年，正處于朝氣蓬勃的時(shí)期，已經(jīng)成為全世界公認(rèn)的不可少的核心技術(shù).世界上有約100萬(wàn)臺(tái)機(jī)器人正在幫助人們完成各種任務(wù)，在工業(yè)上有各種各樣的工業(yè)機(jī)器人協(xié)助人們完成日常工作，在生活上有娛樂(lè)、服務(wù)、醫(yī)療機(jī)器人等，還有很多如仿人機(jī)器人、軍用機(jī)器人、農(nóng)業(yè)機(jī)器人、空中機(jī)器人、水下機(jī)器人、消防救援機(jī)器人等各種用途的機(jī)器人應(yīng)用于人類的生活中，通過(guò)設(shè)計(jì)、制作、調(diào)試，可以激發(fā)科技人員的想象力和工程潛力，培養(yǎng)設(shè)計(jì)能力、創(chuàng)新能力、動(dòng)手能力、合作精神.本文設(shè)計(jì)的武術(shù)擂臺(tái)機(jī)器人就是立足于此.

1 武術(shù)擂臺(tái)機(jī)器人硬件分析

武術(shù)擂臺(tái)機(jī)器人硬件框圖如圖1所示.

圖1 硬件框圖

機(jī)器人的主控制器是機(jī)器人的大腦，本文選用MultiFLEXTM2-AVR控制器作為主控器，電機(jī)選取“創(chuàng)意之星”標(biāo)準(zhǔn)配備的直流電機(jī)，該電機(jī)采用外電源通過(guò)BDMC1203驅(qū)動(dòng)器連接控制器來(lái)控制直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)器人的動(dòng)力關(guān)節(jié)采用舵機(jī)來(lái)代替，該舵機(jī)集成了直流電機(jī)、電機(jī)控制器和減速器等，既可以作為電機(jī)使用也可以作為舵機(jī)使用，都是通過(guò)輸入數(shù)字模擬信號(hào)來(lái)控制其運(yùn)行，傳感器作為機(jī)器人的眼睛尤為重要，一個(gè)反應(yīng)靈敏的機(jī)器人，其傳感器起著至關(guān)重要的作用.

2 武術(shù)擂臺(tái)機(jī)器人外形設(shè)計(jì)

2.1 機(jī)器人底盤(pán)設(shè)計(jì)

機(jī)器人地盤(pán)設(shè)計(jì)，首先電機(jī)與舵機(jī)我們選取電機(jī)，而且使用4個(gè)電機(jī)，因?yàn)殡姍C(jī)的重量比舵機(jī)重，4個(gè)電機(jī)可以大大增加機(jī)器人的下身重量，降低機(jī)器人的中心，并且4個(gè)電機(jī)可以增加機(jī)器人與地面的接觸點(diǎn)，以至于不易被推到.其次，地盤(pán)下在前后電機(jī)之間各安裝一個(gè)灰度傳感器，用于檢測(cè)武術(shù)擂臺(tái)的顏色變化，同時(shí)2個(gè)灰度傳感器方便對(duì)比，機(jī)器人總是向顏色淡一點(diǎn)的方向轉(zhuǎn)動(dòng).

2.2 機(jī)器人腿部設(shè)計(jì)

機(jī)器人腿部采用2個(gè)舵機(jī)作為機(jī)器人上身與腿部的動(dòng)力關(guān)節(jié)，腿部與底盤(pán)采用螺絲固定在一起，可以單只腿與地盤(pán)之間添加固定裝置，以保證機(jī)器人的穩(wěn)定性.

2.3 機(jī)器人手部設(shè)計(jì)

機(jī)器人手臂采用3個(gè)舵機(jī)作為動(dòng)力關(guān)機(jī)，因?yàn)槭直奂珀P(guān)節(jié)有高度要求，所以手臂的重量不易太重，太重會(huì)增加機(jī)器人的上半身量，導(dǎo)致起重量偏高容易摔倒.

2.4 機(jī)器人頭部及胸部設(shè)計(jì)

機(jī)器人胸部最低端離地面的高度30cm，頭部可以適當(dāng)增加高度，使機(jī)器人的器人總高度不得低于50cm.

3 武術(shù)擂臺(tái)機(jī)器人程序設(shè)計(jì)

3.1 武術(shù)擂臺(tái)機(jī)器人程序設(shè)計(jì)平臺(tái)介紹

在NorthStar編程環(huán)境里，可以采用全代碼的形式編寫(xiě)程序，完全通過(guò)C語(yǔ)言編寫(xiě)代碼，具體如圖2所示.

圖2 NorthStar軟件代碼化界面圖

3.2 機(jī)器人登臺(tái)模塊程序設(shè)計(jì)

根據(jù)擂臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，出發(fā)及登臺(tái)區(qū)用正藍(lán)色，高15cm，寬40cm，程序設(shè)計(jì)如下：

對(duì)于正藍(lán)色：通過(guò)機(jī)器人地盤(pán)下兩個(gè)灰度傳感器和后方一個(gè)紅外傳感器判斷是否啟動(dòng)登臺(tái)程序.灰度傳感器i1檢測(cè)藍(lán)色返回的模擬數(shù)字大約630，灰度傳感器i2檢測(cè)藍(lán)色返回的模擬數(shù)字大約690，誤差在10左右，具體代碼如下.

i1=MFGetAD(1);//灰度傳感器輸入數(shù)據(jù)；

i2=MFGetAD(2);//灰度傳感器輸入數(shù)據(jù)；

IR2=MFGetDigiInput(2);//紅外傳感器輸入數(shù)據(jù)

if(IR2==0&&(i1＞630&&i2＞690))//紅外測(cè)距傳感器與灰度傳感器判斷登臺(tái)條件；

{

while(i1＞630&&i2＞690)

3.3 機(jī)器人攻擊模塊程序設(shè)計(jì)

機(jī)器人攻擊由兩個(gè)紅外測(cè)距傳感器共同決定攻擊方式，當(dāng)傳感器i0的值大于等于15或者傳感器i5大于等于30時(shí)，說(shuō)明前方有敵人，需采取攻擊方式.當(dāng)敵人仍沒(méi)有倒并且還繼續(xù)靠近，需加大攻擊力度，攻擊動(dòng)作1與2及快與慢的結(jié)合，以此來(lái)推倒敵人，具體代碼如下.

3.4 機(jī)器人起身模塊程序設(shè)計(jì)

機(jī)器人摔倒起身動(dòng)作，主要是由機(jī)器人的右臂和腿部的舵機(jī)協(xié)調(diào)完成.本次機(jī)器人起身模塊程序設(shè)計(jì)主要考慮了機(jī)器人前倒和后到，前倒后倒都有5個(gè)動(dòng)作組合，具體每個(gè)動(dòng)作的模擬數(shù)值如表1所示.

void Before_the_fall1()//前倒起身動(dòng)作1

{

表1 前、后倒起身動(dòng)作模擬數(shù)值表

4 結(jié)論

本文利用了灰度傳感器、紅外傳感器、紅外測(cè)距傳感器、電機(jī)、舵機(jī)及相關(guān)部件來(lái)設(shè)計(jì)武術(shù)擂臺(tái)機(jī)器人，具有登臺(tái)、攻擊、起身等動(dòng)作，模擬人的形態(tài)、基本動(dòng)作和簡(jiǎn)單的思維，并通過(guò)模擬擂臺(tái)的測(cè)試基本滿足功能設(shè)計(jì)需求，但設(shè)計(jì)出的武術(shù)擂臺(tái)機(jī)器人也存在后續(xù)要解決的問(wèn)題，機(jī)器人傳感器的適用，無(wú)法實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的實(shí)時(shí)監(jiān)控，機(jī)器人只能在執(zhí)行某個(gè)特定的程序時(shí)才對(duì)外檢測(cè)，因此采用縮短其他程序執(zhí)行的延時(shí)，讓這個(gè)盲區(qū)持續(xù)的時(shí)間盡量縮短，今后考慮引入高清攝像頭來(lái)實(shí)施監(jiān)控.

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G642

A

1673-260X（2017）12-0023-03

2017-09-23

安徽省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（1308085MF96）滁州學(xué)院教學(xué)質(zhì)量工程項(xiàng)目（2016kcgg015）