基于軟件方面的機器人結構缺陷彌補方法

　　1.引言

　　全國機器人大賽的比賽項目眾多，其中雙足競步組對參賽者的要求是以自主設計為主，其主要包括機械結構部分，硬件電路部分和軟件部分。其中的難點(diǎn)是機械結構部分的設計。
　　由于學(xué)生設計經(jīng)驗，操作技術(shù)水平和生產(chǎn)設備的限制。制作出來(lái)的部件很難符合設計的要求 ，這將對機器人的運行產(chǎn)生嚴重的影響。本文主要針對競步交叉足機器人機械結部分存在的這一問(wèn)題。把機械結構部分與軟件部分相結合。用軟件部分設計的靈活性來(lái)彌補機械結構部分設計時(shí)不可必免的缺陷。從而消除機械缺陷對機器人的影響，使機器人能夠運行的更加穩定 。

　　2.機械結構缺陷分析

　　通過(guò)觀(guān)察各參賽隊的機器人，作者發(fā)現各參賽隊的機器人都存在著(zhù)一個(gè)普遍問(wèn)題，在走路和翻跟斗時(shí)都會(huì )偏離原定路線(xiàn)很多。有的還會(huì )走出邊界，只好人為干預。這大大影響了比賽成績(jì)。經(jīng)過(guò)仔細觀(guān)察和分析作者得出其主要原因是機械結構存在著(zhù)如下幾方面的缺陷。
　�。�1）旋轉關(guān)節不同軸
　　機器人所用的無(wú)論是數字舵機還是普通舵機，大多數都是一面有軸，而另一面無(wú)軸。為了連接時(shí)的方便和增加旋轉時(shí)的機械強度，參賽者都會(huì )在無(wú)軸的一面人為的加上一段軸，再者就是在制作連接件時(shí)，由于參賽者的操作技術(shù)水平和生產(chǎn)設備的限制。會(huì )使連接件在打孔時(shí)中心不在一條直線(xiàn)上。這都將導致在旋轉時(shí)的不同軸問(wèn)題。旋轉時(shí)的不同軸會(huì )使機器人存在很多缺陷，主要表現為：
　�、偻葘⒈憩F出外八字或是內八字，如果左右腿偏離中心線(xiàn)的角度不一致，這將導致在走路時(shí)向一個(gè)方向偏移。
　�、谀_面無(wú)法放平，使腳面著(zhù)力不均勻。使機器人在走路和翻跟斗起身時(shí)由于重心不穩而摔倒。在翻跟斗起身時(shí)還會(huì )由于腳面沒(méi)有放平發(fā)生扭動(dòng)，使機器人偏離原定路線(xiàn)。
　�。�2）機械連接處松動(dòng)
　　多數機器的舵機與連接件，連接件與連接件之間采用螺絲連接。這種連接方式在機器人運動(dòng)時(shí)最容易產(chǎn)生松動(dòng)。而這一點(diǎn)不易被參賽者發(fā)現。產(chǎn)生松動(dòng)以后，將對機器人產(chǎn)生很大的影響，即使是同樣的程序，調試的效果也是不一樣的。而參賽者往往認為是程序的問(wèn)題，一味的去更改程序，至使這一問(wèn)題越來(lái)越嚴重。
　�。�3）重心偏移
　　機器人大賽中的競步機器人近似長(cháng)方體形狀，重心應位于幾何中心。然而由于設計的配重不 當。往往使機器人的重心偏離幾何中心。這是導致走路和翻跟斗時(shí)不穩的主要原因之一。
　　如果重心偏高，將使機器人在向前后翻跟斗起身時(shí)不穩，甚至摔倒。如果重心偏左或偏右，左腳和右腳所承受的重力不均勻，走路時(shí)會(huì )發(fā)生向一面擺晃現象，走路是的速度越大擺晃程度就越明顯，為了保持穩定性，只好降低速度。這將大大限制了走路速度的提高，同時(shí)也影響走路時(shí)的直線(xiàn)性。使比賽無(wú)法順利完成。

　　3.缺陷軟件彌補方案

　　機器人機械結構上的缺陷主要表現比賽時(shí)的直線(xiàn)性上，有很多參賽者采用校正的方法來(lái)解決機器人的直線(xiàn)性問(wèn)題。具體實(shí)現方法是，在硬件電路上增加電子軟盤(pán)傳感器。在機器人運行前確定運行的方向，以后每走幾步就校正一次。校正時(shí)，讓一只腿腳部的舵機轉動(dòng)，對地產(chǎn)生扭力使機器人轉向。這種校正方法無(wú)法保證轉向的角度，至使每次校正時(shí)都要轉向多次才能得到理想的角度。而在校正時(shí)重心會(huì )發(fā)生偏移，此時(shí)無(wú)法保證機器人自身的穩定性，有摔倒的可能。而且這種的方法必須使機器人停下來(lái)進(jìn)行，這將影響比賽的時(shí)間，得不償失 。
　　作者要闡述的是用軟件來(lái)彌補機械結構上的缺陷。來(lái)保證機器人在比賽時(shí)的直線(xiàn)性。與上述方法有很大的不同之處。具體有以幾點(diǎn)：
　�。�1）走路的直線(xiàn)性調節，走路在整比賽中占很大的一部分，走路時(shí)保持直線(xiàn)性對順利完成比賽非常重要。我們知道，有些四驅的玩具車(chē)并沒(méi)有舵機，而是靠左右兩面輪子的轉速不同來(lái)實(shí)現轉向的，如果要向左面轉向，就放慢左面輪子的速度或增加右面輪子的速度，這樣就實(shí)現了向左轉向，而左右輪子的速度差不同，轉向的角度也不同。因此，轉向的角度可用速度差來(lái)控制。通過(guò)驗證同樣的原理也適用于機器人走路。機器人在走路時(shí)多數是向一個(gè)方向偏離原定路線(xiàn)，可以用軟件來(lái)調節左右腿在邁步時(shí)的速度來(lái)調節機器人走路時(shí)的方向。
　　用這種方法去彌補因機械結構造成機器人走路時(shí)偏離原定路線(xiàn)的缺陷，最終達到保持機器人在走路時(shí)的直線(xiàn)性。
　　用軟件來(lái)調節機器人左右腿在邁步時(shí)的速度是容易實(shí)現的。這種方法可以靠左右腿的速度差對機器人的行走路線(xiàn)進(jìn)行微調，全過(guò)程都是在走路行進(jìn)中進(jìn)行的，有利于走路速度的提高，并且不需改變重心，保證了穩定性。
　�。�2）翻跟斗的直線(xiàn)性調節，翻跟斗時(shí)偏離原定路線(xiàn)，主要是由于旋轉關(guān)節不同軸，造成腳面無(wú)法放平在起身時(shí)腳面發(fā)生扭動(dòng)引起的。對于這一問(wèn)題，我們可以用軟件調節另一只腳對地的著(zhù)力點(diǎn)，使機器人在起身時(shí)，兩只腳產(chǎn)生不同方向的扭力，來(lái)保證在起身時(shí)不發(fā)扭動(dòng)現象。
　�。�3）重心位置的調節，機器人的重心位置是決定機器人運動(dòng)時(shí)穩定性的主要因素，對于競步機器人，重心置于中心線(xiàn)偏下時(shí)有利于行走和向前翻跟斗。很多參賽者的機器人重心偏離中心線(xiàn)，首先要將重心調回中心線(xiàn)，我們可以用軟件適當的調節左右腿的高度，來(lái)保證重心位于中心線(xiàn)上。在走路和向前翻跟斗時(shí)，用軟件調節使機器人呈現半蹲的姿勢，這樣就會(huì )使重心置于中心線(xiàn)偏下的位置。增加了走路時(shí)和向前翻跟斗起身時(shí)的穩定性。

　　4.結語(yǔ)

　　本文所介紹的用軟件來(lái)彌補機器人機械結構缺陷的方法，是作者在參加全國機器人比賽（雙足競步組）在調試時(shí)細心觀(guān)察并加以分析得出的，并應用于比賽中，取得了很好的成績(jì) 。
　　本方法在不降低機器人整體比賽時(shí)間的前提下，對影響機器人運行時(shí)直線(xiàn)性和穩定性的因素進(jìn)行調節，很大程度上提高了機器人的直線(xiàn)性和穩定性。但由于全過(guò)程都是通過(guò)更改軟件程序進(jìn)行調節，在每次調試前都要對機器人更新程序。因此增加了工作量和浪費了調試時(shí)間，這一問(wèn)題有待改善。

　　參考文獻
　　[1] 中國自動(dòng)化學(xué)會(huì )機器人競賽工作委員會(huì )。第五分區賽［EB/OL］，2009.11.15.
　　[2] 趙振宏，肖田元。機器人制造單元的建模與分析方法研究[J].系統工程理論與實(shí)踐， 2001.11（11） ：20-24.
　　[3] 王明順。機器人程序設計中的狀態(tài)轉換方法[J].東北大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2008.29 （2）：166 -169.
　　[4] 格雷戈里·羅薩諾，湯青，李雄姿，孫云權，甘中學(xué)，托里尼·布羅加德，哈坎·布蘭 特馬克。用于對機器人應用進(jìn)行校準和編程的方法[P].中國專(zhuān)利：CN1802240，2006-07-12.

【基于軟件方面的機器人結構缺陷彌補方法】相關(guān)文章：

基于軟件無(wú)線(xiàn)電的GPP通信波形軟件設計方法03-11

基于第五方物流理論的物流系統結構探討03-28

基于模塊化設計的嵌入式軟件測試方法03-20

基于Matlab軟件讀取GPS標準格式Rinex文件的新方法11-22

法經(jīng)濟學(xué)研究方法的新思路-基于結構方程模型的簡(jiǎn)介03-21

基于卷積曲面的臉部皺紋生成03-07

淺論畫(huà)面的結構在作品中的意義03-19

探析畫(huà)面的結構在作品中的意義03-18

論畫(huà)面的結構在作品中的意義03-18