一種自主登臺對抗機器人研究

王學雷，黃 杰，呂世霞，時 光，韓健睿

（1.北京電子科技職業學院，北京 100176；2.北京信息職業技術學院，北京 100070；3.北京工業大學，北京 100124）

隨著科學技術的發展，機器人在工業、農業、服務業、娛樂業、特種作業等領域有了廣泛應用。近年來，學者們對不同形式的對抗機器人進行了深入研究[1-6]，并取得一定成果。本文對一種自主登臺對抗機器人進行了分析研究，該機器人攜帶多種傳感器，可實現自主登臺、自主尋找攻擊目標，并對攻擊目標進行攻擊。

1 自主登臺對抗機器人結構

自主登臺對抗機器人主要由機械鏟、底盤、邊緣檢測紅外光電傳感器、尋人紅外光電傳感器、登臺條件傳感器與傾角傳感器等構成。

其中，機械鏟（圖1）用來對抗和攻擊其他機器人。底盤（圖2）布置有電機、車輪、電機驅動器、登臺條件傳感器等，登臺條件傳感器用來檢測前方是否有擂臺，當機器人檢測到前方的對抗擂臺時，機器人將會自主登上對抗擂臺。車身（圖3）布置尋人紅外光電傳感器和控制器、電源，尋人紅外光電傳感器用來檢測對抗擂臺上是否有攻擊目標。當檢測到擂臺上有攻擊目標時，機器人將會對其進行攻擊和對抗。傾角傳感器（圖4）用來檢測機器人在登上對抗擂臺時的角度，以及檢測本機器人是否被其他機器人攻下擂臺。

圖1 機械鏟

圖2 底盤

圖3 車身

圖4 傾角傳感器

2 自主登臺對抗機器人工作原理

自主登臺對抗機器人通過自身機械臂相互協調可實現登上擂臺，之后在場上巡航，尋找對手并實現沖撞，在撞擊對手的同時，對擂臺邊緣進行檢測，在保證自我平穩運行，并在自身安全的情況下對攻擊目標進行攻擊。該機器人可通過自身攜帶的傳感器來判斷自身是否已被攻擊到臺下，當判斷到自身被攻擊到臺下時，該機器人會重新自主尋找擂臺邊緣，并且再次登上擂臺，并進行巡航，尋找攻擊目標及沖撞。

3 自主登臺對抗機器人程序設計

要實現機器人的自主登臺與攻擊等功能，需對其進行程序設計。該機器人的程序包括登臺程序、邊緣檢測程序、巡航程序、攻擊程序、掉臺程序及臺下程序。各程序介紹如下。

3.1 登臺程序

登臺程序主要用來控制機器人實現登臺對抗，通過登臺程序，使機器人利用其前臂和后臂的相互支撐配合而達到登上擂臺的目的。

3.2 邊緣檢測程序

機器人在運行過程中需要時時檢測自身是否在擂臺邊緣，以防自身從擂臺掉落。邊緣檢測程序利用布置在機器人上的四個特定紅外光電傳感器來檢測其是否在擂臺邊緣。當機器人到達擂臺邊緣時，機器人做出相應調整并遠離擂臺邊緣。用于邊緣檢測的四個紅外光電傳感器分別布置在機器人的左前、右前、左后及右后方，用來檢測對抗擂臺邊緣，防止機器人掉落擂臺。

3.3 巡航程序

機器人在擂臺上進行對抗時，需要時時巡航自身位置信息，巡航程序利用分布在車身底部四個角的灰度傳感器來確定其在擂臺上的位置，并做出巡航動作（擂臺為從中心到邊緣由白色漸變為黑色的方形擂臺）。四個傳感器分別為左前灰度傳感器、右前灰度傳感器、左后灰度傳感器及右后灰度傳感器，用來檢測機器人在擂臺上的位置信息。

3.4 攻擊程序

自主登臺對抗機器人最主要的功能是實現對目標的攻擊，當機器人邊緣檢測程序未檢測到擂臺邊緣、巡航程序未達到灰度極限值（灰度極限值為機器人在擂臺上靈活活動時灰度傳感器的最大及最小值）時進入攻擊程序。攻擊程序主要依靠機器人前側的兩個紅外光電傳感器及左右方的兩個紅外光電傳感器對攻擊目標位置進行判定，當機器人前端兩個紅外光電傳感器同時尋找到攻擊目標時，機器人對目標進行全速沖撞和攻擊；當機器人前端兩個紅外光電傳感器沒有同時檢測到攻擊目標時，此時機器人利用左側紅外光電傳感器向右調整機器人位置，或利用右側紅外光電傳感器向左調整機器人位置，使機器人前端兩個紅外光電傳感器同時尋找到攻擊目標。當機器人找到攻擊目標時，對攻擊目標進行沖撞和攻擊。

3.5 掉臺程序

當機器人被其他機器人攻下擂臺時，機器人傾角傳感器可確定其是否掉臺，因為機器人從擂臺上掉落時會有大幅度傾斜，此時傾角傳感器數值會達到較大值，機器人通過此判定確認自身已從擂臺掉落，并自動進入臺下程序。

3.6 臺下程序

當掉臺程序判定機器人已在臺下時，臺下程序開始運行。因紅外光電無法檢測到黑色，而可檢測到白色，因此設置擂臺側面顏色為白色。當機器人在臺下的時候，臺下程序啟動。若機器人紅外光電傳感器檢測到白色擂臺側面，則進入上臺程序；若機器人紅外光電傳感器未檢測到擂臺側邊，則機器人自身進行一定角度的旋轉，然后再次對擂臺側面進行檢測，直到紅外光電傳感器檢測到擂臺側邊時，機器人重新進入上臺程序，實現機器人的登臺對抗。

自主登臺對抗機器人程序流程如圖5所示。

圖5 自主登臺對抗機器人程序流程圖

4 自主登臺對抗機器人變量設置

自主登臺對抗機器人攜帶有多種不同功能的傳感器，在程序設計時，需對傳感器變量名和控制端口進行設置，該機器人各傳感器變量名稱和控制器端口配置如表1所示。

表1 變量名稱和控制器端口

接通電源后，機器人進入程序，完成登臺動作、巡航動作、尋找攻擊目標動作、攻擊動作及尋臺動作，在擂臺上放置攻擊目標后可將攻擊目標推至臺下，該機器人試驗成功。經過試驗，該機器人可完成預期目標，具有結構合理，程序穩定，可執行性強等特點。

5 結論

隨著科學技術的發展，機器人的應用領域越來越廣泛。本文對一種自主登臺對抗機器人進行了研究，該機器人由機械鏟、底盤、邊緣檢測紅外光電傳感器、尋人紅外光電傳感器、登臺條件傳感器、傾角傳感器等構成。通過對機器人控制程序的設計，實現了機器人的自主登臺、邊緣檢測、自主攻擊等功能。該機器人具有結構合理，程序穩定，可執行性強等特點。