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基于软件方面的机器人结构缺陷弥补方法信

2013-07-02 01:09

　　1.引言

　　全国机器人大赛的比赛项目众多，其中双足竞步组对参赛者的要求是以自主设计为主，其主要包括机械结构部分，硬件电路部分和软件部分。其中的难点是机械结构部分的设计。
　　由于学生设计经验，操作技术水平和生产设备的限制。制作出来的部件很难符合设计的要求 ，这将对机器人的运行产生严重的影响。本文主要针对竞步交叉足机器人机械结部分存在的这一问题。把机械结构部分与软件部分相结合。用软件部分设计的灵活性来弥补机械结构部分设计时不可必免的缺陷。从而消除机械缺陷对机器人的影响，使机器人能够运行的更加稳定 。

　　2.机械结构缺陷分析

　　通过观察各参赛队的机器人，作者发现各参赛队的机器人都存在着一个普遍问题，在走路和翻跟斗时都会偏离原定路线很多。有的还会走出边界，只好人为干预。这大大影响了比赛成绩。经过仔细观察和分析作者得出其主要原因是机械结构存在着如下几方面的缺陷。
　　（1）旋转关节不同轴
　　机器人所用的无论是数字舵机还是普通舵机，大多数都是一面有轴，而另一面无轴。为了连接时的方便和增加旋转时的机械强度，参赛者都会在无轴的一面人为的加上一段轴，再者就是在制作连接件时，由于参赛者的操作技术水平和生产设备的限制。会使连接件在打孔时中心不在一条直线上。这都将导致在旋转时的不同轴问题。旋转时的不同轴会使机器人存在很多缺陷，主要表现为：
　　①腿将表现出外八字或是内八字，如果左右腿偏离中心线的角度不一致，这将导致在走路时向一个方向偏移。
　　②脚面无法放平，使脚面着力不均匀。使机器人在走路和翻跟斗起身时由于重心不稳而摔倒。在翻跟斗起身时还会由于脚面没有放平发生扭动，使机器人偏离原定路线。

　　（2）机械连接处松动
　　多数机器的舵机与连接件，连接件与连接件之间采用螺丝连接。这种连接方式在机器人运动时最容易产生松动。而这一点不易被参赛者发现。产生松动以后，将对机器人产生很大的影响，即使是同样的程序，调试的效果也是不一样的。而参赛者往往认为是程序的问题，一味的去更改程序，至使这一问题越来越严重。
　　（3）重心偏移
　　机器人大赛中的竞步机器人近似长方体形状，重心应位于几何中心。然而由于设计的配重不 当。往往使机器人的重心偏离几何中心。这是导致走路和翻跟斗时不稳的主要原因之一。
　　如果重心偏高，将使机器人在向前后翻跟斗起身时不稳，甚至摔倒。如果重心偏左或偏右，左脚和右脚所承受的重力不均匀，走路时会发生向一面摆晃现象，走路是的速度越大摆晃程度就越明显，为了保持稳定性，只好降低速度。这将大大限制了走路速度的提高，同时也影响走路时的直线性。使比赛无法顺利完成。

　　3.缺陷软件弥补方案

　　机器人机械结构上的缺陷主要表现比赛时的直线性上，有很多参赛者采用校正的方法来解决机器人的直线性问题。具体实现方法是，在硬件电路上增加电子软盘传感器。在机器人运行前确定运行的方向，以后每走几步就校正一次。校正时，让一只腿脚部的舵机转动，对地产生扭力使机器人转向。这种校正方法无法保证转向的角度，至使每次校正时都要转向多次才能得到理想的角度。而在校正时重心会发生偏移，此时无法保证机器人自身的稳定性，有摔倒的可能。而且这种的方法必须使机器人停下来进行，这将影响比赛的时间，得不偿失 。
　　作者要阐述的是用软件来弥补机械结构上的缺陷。来保证机器人在比赛时的直线性。与上述方法有很大的不同之处。具体有以几点：

（转载自http://www.ＮＳＥＡＣ.com中国科教评价网）

　　（1）走路的直线性调节，走路在整比赛中占很大的一部分，走路时保持直线性对顺利完成比赛非常重要。我们知道，有些四驱的玩具车并没有舵机，而是靠左右两面轮子的转速不同来实现转向的，如果要向左面转向，就放慢左面轮子的速度或增加右面轮子的速度，这样就实现了向左转向，而左右轮子的速度差不同，转向的角度也不同。因此，转向的角度可用速度差来控制。通过验证同样的原理也适用于机器人走路。机器人在走路时多数是向一个方向偏离原定路线，可以用软件来调节左右腿在迈步时的速度来调节机器人走路时的方向。
　　用这种方法去弥补因机械结构造成机器人走路时偏离原定路线的缺陷，最终达到保持机器人在走路时的直线性。
　　用软件来调节机器人左右腿在迈步时的速度是容易实现的。这种方法可以靠左右腿的速度差对机器人的行走路线进行微调，全过程都是在走路行进中进行的，有利于走路速度的提高，并且不需改变重心，保证了稳定性。
　　（2）翻跟斗的直线性调节，翻跟斗时偏离原定路线，主要是由于旋转关节不同轴，