毕业设计(论文)
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教学单位：机电工程学院
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电子科技大学中山学院教务处制发
武术擂台仿人机器人系统及电路设计
摘 要
本文围绕武术擂台仿人机器人的设计，从中国机器人大赛武术擂台赛比赛规则入手，分析合理的比赛策略，系统地介绍了武术擂台仿人机器人的硬件与软件构成、技术特点以及战术策略等方面的内容，主要包括硬件设计、决策系统以及干扰与抗干扰措施。
该仿人机器人结构设计巧妙，可以通过简单的动作完成仿人形态到车形态的变形，从而有效降低重心。机器人共有7个自由度，整体重量4.19kg，高40cm，底部投影尺寸30cm*30cm，符合比赛要求。底盘骨架采用4mm*4mm*3mm镂空角铝连结，四壁采用0.8mm不锈钢板包围，结构有一定的刚性，经测试可以抵抗进攻和防守中发生的激烈冲撞。
传感器部分采用了红外开关与红外测距传感器相配合。
自行设计以Mega128为核心的通用小型机器人控制器。该控制器板载5V3A开关电源，具有RS232以及RS422总线接口，具有数字舵机接口以及模拟舵机接口，并且有设备过流保护、电源过压、欠压保护等功能。
经测试，该仿人机器人运行稳定，有较好的攻击、防御能力。
关键词:机器人武术擂台赛；仿人机器人；AVR单片机
I
Combat Humanoid Robot System and
Circuit Design
Abstract
This article around the humanoid robot design, start from robot competition from Chinese robot competition rules, discuss the reasonable strategy, systematic introduction to the combat robot hardware and software, the technical characteristics and tactical strategies and other aspects, including hardware design, decision-making system and the interfere and anti-interference measures.
With ingenious design of structure, the robot can simply form humanoid to vehicle deformation, and thus reduce the center of gravity. This robot has total of seven degrees of freedom, weight 4.19kg, high 40cm, and the bottom of the projection size 30cm*30cm, which is with the competition requirements. Chassis frame with 4mm*4mm*3mm hollow aluminum link 0.8mm stainless steel plate surrounded, the structure has some rigidity, were resistant to attack and defense in the fierce clash.
IR switchers and IR distance sensors were compatible built in.
The controller using Atmel's Mega128, which onboard 5V3A Switching Power Supply. The controller have RS422 and RS232 bus interface, and the RC and digital servo interfaces, while has over-current protection, Power supply over voltage, under voltage protection.
The testing experiments show that, the humanoid robot is stable, and has good attack and defense capabilities.
Keyword: combat robot competition; humanoid robot; AVR MCU
II
目 录
1 绪 论 .................................................................... 1 1.1 机器人武术擂台赛背景 .................................................. 1 1.2 机器人武术擂台赛介绍 .................................................. 1 1.3 机器人武术擂台赛竞赛环境 .............................................. 2 1.4 本设计的意义及应用 .................................................... 2 2 竞赛策略 .................................................................. 3 2.1 规则分析 .............................................................. 3 2.2 设计目标 .............................................................. 3 2.3 应战策略 .............................................................. 4 2.3.1 登上擂台 .......................................................... 4 2.3.2将棋子推下擂台 ..................................................... 4 2.3.3 将敌方推下擂台 .................................................... 4 2.3.4 避免被敌方推下擂台。 .............................................. 5 4 决策系统设计 .............................................................. 6 4.1 软件体系结构 .......................................................... 6 4.2.2 机器人舵机 ........................................................ 6 6.4 红外测距传感器的标定 .................................................. 7 6.4 红外开关的校准 ........................................................ 7 6.5 运动轨迹的调校 ........................................................ 7 7 总结与展望 ................................................................ 8 参考文献 .................................................................... 9 附录1 CDS5500机器人舵机控制程序 ............................................ 9 附录2 控制器原理图 ........................................................ 14 附录3 机器实体照片 ........................................................ 15 致 谢 ..................................................................... 16
III
1 绪 论
机器人技术融合了电子、机械、传感器、自动控制和人工智能等众多先进技术，通过设计、制作、调试, 可以激发我们大学生的想象力和工程潜质, 培养设计能力、创新能力、动手能力、合作精神。机器人武术擂台赛是机器人技术较量的平台之一，该赛事在国外备受关注，目前在国内已经悄然兴起。
1.1 机器人武术擂台赛背景
中国机器人大赛暨RoboCup公开赛是中国最权威、最具影响力的机器人技术大赛、学术大会，是当今中国、乃至亚洲机器人尖端技术产业竞赛和国际顶尖人才汇集的活动之一。大赛从1999年起至今已举办十届。本届大赛由国家科技部高技术研究发展中心、中国自动化学会机器人竞赛工作委员会、RoboCup中国委员会等机构共同主办。大赛项目包括机器人足球赛、机器人武术擂台赛、机器人舞蹈赛、水中机器人竞赛、空中机器人竞赛、机器人救援赛、机器人仿真赛等，其中最受关注和最精彩的是机器人足球赛和机器人武术擂台赛。
1.2 机器人武术擂台赛介绍
机器人武术擂台赛是中国机器人大赛中一项新的赛事。它的主要内容是：两个完全自主的机器人在一个2.4*2.4米的擂台上，使用各种传感器来感知自身的位置、姿态，并感知对手的位置、方向，并利用各种执行器来互相攻击的对抗性机器人竞赛。
该赛事的主要目的在于促进智能机器人技术(尤其是自主识别、自主决策技术)的普及。参赛队需要在竞赛规则范围内，以各自组装或者自制的自主机器人互相搏击，并争取在比赛中获胜，以对抗性竞技的形式来推动相关机器人技术在大学生、青少年中的普及与发展。
机器人武术擂台赛的参赛机器人需要包括各种传感器（检测自身位置、检测对手位置、检测自身姿态、检测擂台边缘等等）、一个控制器（参赛队员为其编写程序，控制整个机器人的行为和策略），多个执行器（行走、击打、辅助等），麻雀虽小、五脏俱全。并且我们需要根据比赛规则，通过机械、电子、策略等各方面的创新设计，来达到在对抗竞赛中压倒对手的目的，因此是激发想象力和工程潜质, 培养设计能力、创新能力、动手能力、合作精神和跨专业的综合应用能力理想平台。
激烈而戏剧性的机器人竞赛对抗，能够极大地激发我们学生的好胜心和积极性，让我们把对待竞技体育的精神如篮球、踢足球的积极态度来对待工程创新实践。在训练和比赛的过程中，我们的综合工程素质、创新能力、团队协作能力都能得到全面的培养。
本项赛事未来的发展目标是：比赛中，两个使用双腿自主行走的仿人形机器人互相搏击并将对方打倒或者打下擂台。
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