武术擂台赛机器人的制作方法

本发明涉及智能机器人领域，尤其涉及一种武术擂台赛机器人。

背景技术：

机器人武术擂台赛是一种对抗性比赛，比赛场地是正方形矮台，台上即为擂台场地。在这个擂台上，参赛双方的机器人模拟中国传统擂台格斗的规则，互相击打或推挤，如果一方机器人整体离开擂台区域或者被对方机器人打到不能行动，则另一方获胜。

武术擂台赛机器人，顾名思义，即专为机器人武术擂台赛设计的机器人。现有技术中的武术擂台赛机器人，大多采用小车结构，该小车可以检测到车身周边物体并根据相对位置决定闪避或攻击。

现有技术中的武术擂台赛机器人，普遍存在以下问题：

1，传感器与结构件安装不紧凑，存在外部突出部分，在擂台竞技过程中经常损坏传感器；

2，武术擂台机器人的检测系统存在检测盲区，在敌方机器人对本方机器人检测盲区处发起进攻时，本方机器人无法检测到危险逼近；

3，在边缘检测问题上无法准确判断边缘位置和车身的朝向，经常发生掉下擂台的情况；

4，伺服电机与轮子相连后垂直于地面安装，由于存在机械误差，擂 台车在行进与转向的过程中不能精确的按照指令运行，存在较大偏差。

5，现有技术中的武术擂台赛机器人，重心不稳，容易被掀翻，进而被推下擂台。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种结构紧凑，不易损坏，不易被掀翻，且能全面侦测周围环境的武术擂台赛机器人。

本发明提供一种武术擂台赛机器人，包括：

底盘组件、第一组红外接近传感器、第二组红外接近传感器、至少两个红外测距传感器、多个灰度传感器、驱动机构以及控制器；

所述第一组红外接近传感器和多个灰度传感器均安装在底盘组件的底部，且第一组红外接近传感器和多个灰度传感器均位于底盘组件边缘的内侧；

第二组红外接近传感器安装在底盘组件的顶部；

所述红外测距传感器分别固定在底盘组件的底部，且多个红外测距传感器对称分布在底盘组件的前端和后端；

所述控制器与底盘组件固定连接；所述控制器的控制输入端分别与第一组红外接近传感器、第二组红外接近传感器、红外测距传感器以及灰度传感器电连接，所述控制器的控制输出端与驱动机构电连接，所述驱动机构安装在底盘组件的底部。

优选的，所述底盘组件包括后端底盘和前端铲板，所述前端铲板通过数字舵机固定在后端底盘的前端，所述数字舵机与控制器的控制输出端连 接。

优选的，所述第一组红外接近传感器共有四个，四个红外接近传感器均安装在后端底盘的底部且分别位于后端底盘的四个边角处，四个红外接近传感器距地面均为4cm；

位于后端底盘前端的两个红外接近传感器的有效检测长度为25cm，且该红外接近传感器的红外线发射方向与后端底盘的正前方向存在85度夹角；

位于后端底盘后端的两个红外接近传感器的有效检测长度为15cm，且该红外接近传感器的红外线发射方向与后端底盘的正后方向存在65度夹角；

所述第二组红外接近传感器中的红外接近传感器的红外线发射方向与水平面呈45度角，且向下、向底盘组件的外侧倾斜。

优选的，所述第一组红外接近传感器作为一个整体的组合重心、第二组红外接近传感器作为一个整体的组合重心、多个红外测距传感器作为一个整体的组合重心、多个灰度传感器作为一个整体的组合重心以及控制器的重心相互重合。

优选的，所述红外测距传感器共有两个，分别安装在后端底盘的后端以及前端铲板的前端；且所述红外测距传感器的检测方向为水平。

优选的，所述灰度传感器共有四个，四个灰度传感器均安装在后端底盘的底部；其中两个灰度传感器位于底盘组件的纵向中心线上，另两个灰度传感器关于底盘组件的纵向中心线对称，且四个灰度传感器分别位于一菱形的四个顶点处。

优选的，所述第一组红外接近传感器共有四个，四个红外接近传感器均安装在后端底盘的底部；且分别位于后端底盘的四个边角处。

优选的，所述第二组红外接近传感器共有六个，其中两个红外接近传感器安装在后端底盘远离前端铲板的一端，另外两个红外接近传感器安装在后端底盘的中部，其余两个红外接近传感器安装在前端铲板上。

优选的，所述驱动机构包括六个伺服电机以及与伺服电机一一适配的车轮；其中四个车轮分别安装在后端底盘的四个边角处，其余另外两个车轮安装在前端铲板的两侧；所述伺服电机的输出端与车轮驱动连接，所述控制器的控制输出端通过两个多功能电机调试器与伺服电机连接。

优选的，所述车轮存在2度的内倾角；所述车轮上安装有挡板。

相较于现有技术，本发明提供武术擂台赛机器人，具有如下优点：

1，在底盘组件的底部和上方分别设置了一组红外接近传感器，即第一组红外接近传感器和第二组红外接近传感器，上下设置的两组红外接近传感器能够全面和准确的采集机器人附近的信息；

2，第一组红外接近传感器均位于底盘组件边缘的内侧，不会向外突出，能够降低红外接近传感器被损坏的概率；

3，两组红外接近传感器与灰度传感器的双重检测判断使机器人对自身位置有了更准确的定位，对自身朝向有了明确的判断；

4，本发明提供武术擂台赛机器人，结构紧凑，重心稳定，不易被其他机器人掀翻。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的武术擂台赛机器人的结构方框图；

图2为本发明提供的武术擂台赛机器人的仰视图；

图3为本发明提供的武术擂台赛机器人的左视图；

图4为本发明提供的武术擂台赛机器人的主视图；

图5为本发明提供的武术擂台赛机器人的前端铲板的俯视图。

附图标记：

1-底盘组件； 2-第一组红外接近传感器；

3-第二组红外接近传感器； 4-红外测距传感器；

5-灰度传感器； 6-控制器；

7-驱动机构； 8-数字舵机；

9-多功能电机调试器；

11-底盘； 12-前端铲板；

21-底部左前红外接近传感器； 22-底部右前红外接近传感器；

23-底部左后红外接近传感器； 24-底部右后红外接近传感器；

31-顶部左前红外接近传感器； 32-顶部右前红外接近传感器；

33-顶部左侧红外接近传感器； 34-顶部右侧红外接近传感器；

35-顶部左后红外接近传感器； 41-前端红外测距传感器；

42-后端红外测距传感器； 51-左侧灰度传感器；

52-右侧灰度传感器； 53-前方灰度传感器；

54-后方灰度传感器； 71-伺服电机；

72-车轮；

10-检测系统； 20-控制系统；

30-执行系统。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1为本发明提供的武术擂台赛机器人的结构方框图；图2为本发明提供的武术擂台赛机器人的仰视图；图3为本发明提供的武术擂台赛机器人的左视图；图4为本发明提供的武术擂台赛机器人的主视图；图5为本发明提供的武术擂台赛机器人的前端铲板的俯视图。

如图2-5所示，本发明提供一种武术擂台赛机器人，包括：

底盘组件1、第一组红外接近传感器2、第二组红外接近传感器3、至少两个红外测距传感器4、多个灰度传感器5、驱动机构7以及控制器6；

第一组红外接近传感器2和多个灰度传感器5均安装在底盘组件1的底部，且第一组红外接近传感器2和多个灰度传感器5均位于底盘组件1边缘的内侧；

第二组红外接近传感器3安装在底盘组件1的顶部；

红外测距传感器4分别固定在底盘组件1的底部，且多个红外测距传感器4对称分布在底盘组件1的前端和后端；

控制器6与底盘组件1固定连接；控制器6的控制输入端分别与第一组红外接近传感器2、第二组红外接近传感器3、红外测距传感器4以及灰度传感器5电连接，控制器6的控制输出端与驱动机构7电连接，驱动机构7安装在底盘组件1的底部。

本发明提供武术擂台赛机器人，其工作原理如下：

参阅图1，第一组红外接近传感器2、第二组红外接近传感器3、至少两个红外测距传感器4、多个灰度传感器5构成检测系统10，底盘组件1为机械支撑系统(图未示)，驱动机构7为执行系统30，控制器6为控 制系统20。

第一组红外接近传感器2、第二组红外接近传感器3用于监测是否有敌方机器人接近；红外测距传感器4用于判断敌方机器人的距离；多个灰度传感器5测得的平均灰度值，该值与场地预设灰度值得大小判断机器人所处位置。

驱动机构7与控制器6相连，第一组红外接近传感器2、第二组红外接近传感器3均与控制器6数字量接口即IO口相连，红外测距传感器4和灰度传感器5则与控制器6模拟量接口即AD口相连。

将检测系统所采集的数据传输给控制器6，由控制器6发出指令控制执行系统30，从而使机器人对不同的情况进行相应的运动。

相较于现有技术，本发明提供武术擂台赛机器人，具有如下优点：

1，在底盘组件1的底部和上方分别设置了一组红外接近传感器，即第一组红外接近传感器2和第二组红外接近传感器3，上下设置的两组红外接近传感器能够全面和准确的采集机器人附近的信息；

2，第一组红外接近传感器2均位于底盘组件1边缘的内侧，不会向外突出，能够降低红外接近传感器被损坏的概率；

3，红外接近传感器与灰度传感器5的双重检测判断使机器人对自身位置有了更准确的定位，对自身朝向有了明确的判断；

4，本发明提供武术擂台赛机器人，结构紧凑，重心稳定，不易被其他机器人掀翻。

参阅5，在本实施例中，底盘组件1包括后端底盘11和前端铲板12，前端铲板12通过CDS5516数字舵机8固定在后端底盘11的前端，CDS5516 数字舵机8与控制器6的控制输出端连接。

将底盘组件1分为活动连接的两部分，可以根据不同的路况，将前端铲板12以及安装在前端铲板12上的驱动机构7抬起不同的角度,从而实现稳定爬坡或者通过障碍。

而且，设置了贴地的前端铲板12后，能够防止在对撞时被敌方铲起，而且能够更轻松的将敌方铲起以及推下擂台。

为了进一步提高防撞性能，还在车轮72上安装了挡板，挡板能够阻挡敌方机器人来自地面的攻击，不容易被铲起。

参阅图2，在本实施例中，第一组红外接近传感器2共有四个，分别为底部左前红外接近传感器21、底部右前红外接近传感器22、底部左后红外接近传感器23以及底部右后红外接近传感器24；底部左前红外接近传感器21和底部右前红外接近传感器22分别安装在后端底盘11底部的前端两侧，底部左后红外接近传感器23和底部右后红外接近传感器24分别安装在后端底盘11底部的后端两侧。

底部左前红外接近传感器21和底部右前红外接近传感器22用于检测机器人侧前方环境，两个红外接近传感器距地面4cm，且二者的红外线发射方向与后端底盘11的正前方向存在85度夹角；此角度为在碰撞发生时这两个红外接近传感器不受影响且能转动的最大角度，上述距地面的高度及红外线发射方向能够尽早检测到侧前方的情况；

而且，底部左前红外接近传感器21和底部右前红外接近传感器22的有效检测长度为25cm，当底部左前红外接近传感器21检测到紧贴着本机器人的物体时，会后退一个车轮72的距离然后原地左转向以前端铲板12的右边沿撞击物体，当在最远检测距离25cm远处检测到物体时，机器人 会后退一个车轮72的距离然后原地左转向以前端铲板12的左边沿撞击物体。因此，在底部左前红外接近传感器21检测到物体后均会通过机器人的运行使物体处于前端铲板12的前方，不会出现擦身而过的情况。

底部右前红外接近传感器22的工作原理和底部左前红外接近传感器21的工作原理相同，在此不再赘述。

底部左后红外接近传感器23以及底部右后红外接近传感器24用于检测机器人侧后方环境，两个红外接近传感器距地面4cm，且二者的红外线发射方向与后端底盘11的正后方向存在65度夹角，有效检测长度为15cm；这样做既能检测到侧后方的危险存在，又不会产生误判。

参阅图3，在本实施例中，红外测距传感器4共有两个，分别为前端红外测距传感器41和后端红外测距传感器42，二者分别安装在后端底盘11的后端以及前端铲板12的前端；且红外测距传感器4的检测方向为水平，两个红外测距传感器4分别用于检测机器人正前方和正后方环境。

本发明提供武术擂台赛机器人，有两种运动状态，漫游状态和冲刺状态，在漫游状态下，运行速度设定为冲刺状态的一半。

在漫游状态下，当底部左后红外接近传感器23以及底部右后红外接近传感器24检测到危险时，机器人会全速前进并转向，从而使机器人不会背对于危险；后方红外测距传感器4的检测返回值小于某一预设距离值时，判定机器人后方存在危险，此时机器人加速转向逃走；

在漫游状态下，当底部左前红外接近传感器21以及底部右前红外接近传感器22检测到危险时，机器人向检测到危险的方向旋转，从而使前端铲板12正对于危险；然后查询前方红外测距传感器4的检测值，若数值小于某一预设值则判定为进入机器人的攻击范围，此时机器人将发起进 攻。

这样布置后无论哪个方向上出现敌方机器人，本发明提供的机器人都会检测到并采取相应的对策。

第一组红外接近传感器2的四个红外接近传感器以及两个红外测距传感器4相互配合，能够确保机器人周围不存在检测盲区。

参阅图4，安装在底盘组件1上方的第二组红外接近传感器3共有6个红外接近传感器，分别为顶部左前红外接近传感器31、顶部右前红外接近传感器32、顶部左侧红外接近传感器33、顶部右侧红外接近传感器34、顶部左后红外接近传感器35以及顶部右后红外接近传感器(图未示)，其作用均为检测擂台边缘；6个红外接近传感器的红外线发射方向与水平面呈45度角，且向下、向底盘组件1的外侧倾斜，通过安装高度的不同可以控制检测到边缘时机器人距边缘的距离，此时机器人距擂台边缘的距离L等于红外接近传感器安放的高度H。

在安全区域内行驶时此6个红外接近传感器返回的值均为0，当某一个红外接近传感器返回的值变为1时，判断为此侧到边，同时查询灰度传感器5的检测数据值，判断机器人朝向，然后命令机器人向远离边缘的方向行驶。

在本实施例中，第一组红外接近传感器2作为一个整体的组合重心、第二组红外接近传感器3作为一个整体的组合重心、多个红外测距传感器4作为一个整体的组合重心、多个灰度传感器5作为一个整体的组合重心以及控制器6的重心相互重合。

具体来说，多个灰度传感器5以及多个驱动机构7以中心对称原则安装在底盘组件1的底部，安装位置在互不影响其正常工作的前提下向中间 靠拢，给底盘11下的四个角处留出空间，将第一组红外接近传感器2安装在该空间上。

上述布局的最终目的是，确保各个系统的组合重心重合，且该重心接近底盘11的中心，使机器人具有稳定的重心，在对抗中更加稳定，不容易翻倒。

在本实施例中，灰度传感器5共有四个，分别为左侧灰度传感器51、右侧灰度传感器52、前方灰度传感器53以及后方灰度传感器54；四个灰度传感器5均安装在后端底盘11的底部；前方灰度传感器53以及后方灰度传感器54位于底盘组件1的纵向中心线上，左侧灰度传感器51、右侧灰度传感器52关于底盘组件1的纵向中心线对称，且四个灰度传感器5分别位于一菱形的四个顶点处。

可见四个灰度传感器5以菱形的四个顶点为基准分布在底盘11下方，同时满足中心线对称关系。

通过公式ave＝(ad[51]+ad[52]+ad[53]+ad[54])/4计算灰度值，比较ave与场地预设灰度值得大小判断机器人所处位置。通过比较机器人前后两个灰度传感器5的灰度值ad[53]和ad[54]以及机器人左右两个灰度传感器5的灰度值ad[51]和ad[52],来判断机器人的朝向。

红外接近传感器与灰度传感器5的双重检测判断使机器人对自身位置有了更准确的定位，对自身朝向有了明确的判断。

在本实施例中，驱动机构7包括六个伺服电机71以及与伺服电机71一一适配的车轮72，驱动机构7还适配两个多功能电机调试器9，其安装满足重心对称原则。

两个多功能电机调试器9在底盘11上按中心线对称分布，两个多功 能电机调试器9安装在底盘组件1的后方；

其中四个车轮72分别安装在后端底盘11的四个边角处，其余另外两个车轮72安装在前端铲板12的两侧；伺服电机71的输出端与车轮72驱动连接，控制器6的控制输出端通过多功能电机调试器9与伺服电机71连接。

在本实施例中，控制器6为MultiFLEX^TM2-AVR控制器，MultiFLEX^TM 2-AVR控制器接口朝后侧放在底盘11之上偏后方，开关保护模块竖直安装，与MultiFLEX^TM2-AVR控制器6底面紧密相连；两个CDS5516数字舵机8的转轴朝外背对着安装在底盘11之上偏前方；在CDS5516数字舵机8上留有空间，以放置外接可更换电源。除电源开关保护模块和外接可更换电源的安装外，其它组件的安装均满足左右对称原则。

在本实施例中，车轮72与竖直方向存在2度夹角，即存在2度的内倾角；相比于车轮72垂直于地面的机器人，本发明提供武术擂台赛机器人，在直线行驶过程中走的更直，在转弯过程中更稳定快速，在发生碰撞时车身受到的影响更小。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。