武术擂台机器人上台装置的结构设计
武术擂台机器人的研制与实践
武术擂台机器人的研制与实践作者：朱思宇刘刚瞿志二吐鲁逊江·克热木来源：《数字技术与应用》2018年第12期摘要：本文针对中国机器人大赛中武术擂台机器人比赛规则，设计并制作出武术擂台机器人硬件系统，探索出一种攻防兼备的控制策略，实战证明该方案达到了预期的目标。
关键词：机器人;STM32;边缘检测中图分类号：TP242 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）12-0039-020 引言武术擂台赛是中国机器人大赛中参赛队最多、竞争最激烈、最富有观赏性的赛事：两个具有自主行动的机器人在2.4m×2.4m的擂台上，通过传感器来辨别自身方位的同时，并感知对手的位置、方向，然后开展攻击的对抗性机器人竞赛。
在设计、制造、训练、比赛一系列过程中，参赛者的综合工程素质、创新能力、动手能力、团队协作能力都能得到全面的培养和提升。
本文重点研究了机器人硬件系统及竞赛策略。
1 机器人主要硬件系统设计1.1 系统设计与组成为了适应竞赛要求增强机器人的上台能力机器人采用前高后低设计结构，其底板外形尺寸为260mm*250mm的长方形，底板距离地面高度前面35mm，后面25mm;总体系统设计共采用了四轮差速方案，由8个红外开关传感器、4个红外测距传感器组成;执行模块由4个舵机和4个直流电机构成，直流电机型号为BDMC1203驱动，14.8V/3A锂电池供电;主控模块选用以STM32F103Z为核心的Luby控制器。
如图1所示，机器人硬件系统由主控模块、传感模块、执行模块和供电电池四部分组成。
1.2 主控模块机器人采用STM32F103Z核心芯片为主控板，STM32F103Z是一种低功耗控制器，丰富的IO接口，方便扩展可实现各个模块的功能要求。
1.3 传感模块传感器模块由8个红外光电传感器和4个红外测距传感器组成：底板下面正前、后、左、右，及顶部左前、右前、右后、左后各一个红外开关传感器;底板下面、前、后、左、右各一个红外测距传感器。
基于舵机控制的武术擂台竞赛机器人设计
机接口，可连接 ３ ５个以上 机器人舵机 ； ８个传统 Ｐ ｄ Ｃ舵机接 口； １ ２个 ｌ ｌ Ｔ Ｔ Ｌ电平的双向 Ｉ ／ Ｏ口； ８ 个Ａ Ｄ转换器接 口 （ ０ ～ ５ Ｖ ） ； ２ 个 Ｒ Ｓ － ４ ２ ２总 寻糖 克Ｒ 寻捏 精 下 台 线接 口（ 可挂接 １ － １ ２ ７ 个４ ２ ２ 设备） ； １ 个蜂鸣器 ； 系统资源完全满足本 次设计需求 ｌ 上肢机构 由左右两条手臂构成 ． 每 条手臂 由 ３个舵机构成 机器 语膏宣番舟审 ｔ☆舯 － 一 人舵机为 总线式 。 最 大扭矩 １ ６ Ｋ ｇ ｆ ． ｃ ｍ以上 ， 转速 ０ ． １ ４ ｓ ｅ ｄ ６ ０ ｏ ； 总线式 图 ２ 程序流程图 通讯 ， 多个舵机间 串联数字式通讯 ， 最 多支持 ２ ０ ０ 个 以上 的舵机 串联 ： 具备整周旋转和调速功能 ，可作为直流减速 电机使用 ；具备温度 、 电 机器人的开始信号采用非接触式 ． 采用一路光 电传感器作 为控制 压、 位置、 转速等反馈功能 ， 可由上位机软件读取 ； 具备温度 、 电流 等保 信号 。 首先对光电传感器 的状态进行采集 ， 根据传 感器的状态控制机 护 功能 ： 经测试能够完成各项任务要求 。 器人开 始动作 。流程如图 ３ 所示 ：
２ ０ １ ４ 年３ ６ 期
科技 一向导
◇ 科技之窗◇
基于舵机控制的武术擂台竞赛机器人设计
陆 琦
（ 苏州工业职业技术学院
江苏
苏州
２ １ ５ １ ０ ４ ）
【 摘 要】 本文根据 ２ ０ １ ４ “ 尚和杯 ” 中国机器人大赛比赛项 目的要求 。 设计 了可用于参加 武术擂 台项 目 的竞赛机 器人 。 又 中着重介绍 了该机 器人的硬件设计和软件设计 ： 在硬件上 ， 通过红 外、 温度 、 光强、 声音、 碰 撞等传感器 ， 刺用 Ａ Ｖ Ｒ 控制器 ， 控制 两组舵机控 制机器人的移动和 手 臂动作 ； 在 软件上 ， 采用 Ｎｏ ｒ ｔ ｈ Ｓ ｔ ａ ｒ 图形编程软件 进行 相 关程 序的编 制， 实现 了移动功能 、 搬运功能 、 颜 色识别能 力、 语音播放 能力、 武术动凑 。 在进行实际的硬件 安装时更要考虑机器人在运行过程 中 本设计采用 Ｎ ｏ ｒ ｔ ｈ Ｓ ｔ ａ ｒ 图形编程软件进行相关程序 的编制 实现 动平衡 。 整个 机器 人重心的变化 非常 的重要 ， 由此引起 的动作幅度的 了移 动功能、 搬运 功能、 颜色识别 能力 、 语 音播放能力 、 武术 动作展示 控制 、 动作速度的控制等问题是必须要考虑到的。 能力 。 此机器人的硬件模 块由下图所示 ： 由于系统报告较大 ． 在程 序编写时将一些主要功能 以子程序的方 式 编写 由于程序量较大 。 全部采用图形编程的话不便 于调试 ， 因此在 编程过程 中主要利用了 自定义代码功能 ． 对于初学 Ｃ语言的学生来说 虽然有一定难度 ． 但 是通过一段时间 的使用后 ， 发现还是很方便的 。 学 生 的编程水平得到了很大 的提高 。 本设计的程序流程图如 图 ２ 所示
擂台机器人运动控制系统的设计.
擂台机器人运动控制系统的设计摘要本文论述了一个以凌阳SPCE061A单片机和国家半导体LMD18200电机驱动芯片为控制核心的擂台机器人运动控制系统的硬件设计及软件开发的过程。
首先介绍了擂台机器人在我国的发展现状以及未来的发展趋势，并对南京工业大学机器人武术擂台赛项目竞赛规则加以说明。
接着阐述了系统的设计思路并通过介绍所使用的各元件的规格、参数、性能等对选型条件和理由加以说明。
之后分别介绍了硬件电路和基于该电路的软件的工作流程和设计思想，主要包括电机的基本控制原理、PWM信号的产生和处理、系统电源的分配设计等。
并在附录中附有使用CAD软件(Protel99 SE)绘制的系统原理图和印刷电路板，以及以C语言和汇编语言编写的基本驱动控制程序。
关键词：擂台机器人SPCE061A单片机LMD18200电机驱动芯片PWM控制The design of a tournament robot’s motion control systemAbstractThis thesis introduces the hardware and software design process of a tournament robot’s motion control system which based on SPCE061A(Sunplus) and LMD18200(National Semiconductor). It introduces the current situation and prospects in future of tournament robot’s development in China, and the rules of robot combat tournament in Nanjing University of Technology. Moreover, it elaborates the system’s design philosophy and introduces the properties of components which are in use to illustrate the reason of choice. In addition it describes the circuit and the software which based on it. Mainly about the basic motor control theory, PWM signal generation and processing, power distribution system design. And in the appendix attached to schematic drawing and PCB drawing of the system as well as the basic motor driving programs in C and assembly language.Keywords: Tournament robot; MCU SPCE061A; Motor driving chip LMD18200; PWM control;目录摘要 (I)Abstract (II)第一章绪论 (1)1.1概述 (1)1.2南京工业大学机器人武术擂台赛项目竞赛规则简介 (1)1.3主要的任务和目标......................................................................... 错误！未定义书签。
武术擂台机器人的结构改进方案
武术擂台机器人的结构改进方案在人工智能高度发展的今天，机器人的发展突飞猛进，本文通过对参加江苏省武术擂台机器人比赛而制定的基本策略的分析和南京林业大学参加2017年武术擂台机器人大赛的现场实际情况，制定了一些在短期内即可实现的改进方案。
标签：武术机器人；攻击；改进方案1 基本策略武术擂台机器人比赛目的在于促进智能机器人技术的普及，参赛队需要在规则范围内控制自己组装或者自制的擂台赛机器人模拟中国擂台搏击的形式，互相击打或推挤，如果一方机器人翻倒或掉下比赛台面，则另一方获胜。
基本的比赛策略为机器人应攻防兼备，并以进攻为主要目的，比赛开始后通过红外测距传感器尽快确定敌方位置，并迅速调整方位，以最快速度出击推挤敌方，将敌方推下比赛台面。
但为了自身的防御必须安装防止自己掉下台面的灰度传感器，探测自己与台面边缘的位置然后做出适当动作避免自己掉下台面。
在比赛过程中，机器人要时刻判断自身在搏击过程中所处境遇的优劣，及时做出调整，通过进攻、防守策略的选择来巩固优势或扭转劣势。
2 不足之处在比赛中，多组机器人采用了模块化的塑料组装套件组装而成，在达到比赛规定的最大重量和高度要求时，会造成重心偏高的后果，当遇到装备有“工程铲”（机器人前置倾斜塑料板）的敌人时，很容易被铲翻或者推下比赛台面。
并且，在很多场次的搏击中，往往是两组机器人接触到之后，发生僵持的场面，即双方均不前进或者后退，一直延续到比赛时间结束而被判定双方平局。
在控制方面，有些機器人动作启动慢，比赛哨声响起以后，自己在做出动作之前，敌方就已经来到自己面前将自己推下比赛台面；有些机器人程序错误或无法检测到敌人，启动以后会在比赛台面上四处游走，甚至掉下比赛台面。
3 改进方案在比赛中，重心越低的机器人越占优势，为了尽量降低机器人的重心并且简化结构（为了使敌方方难以捕捉己方），可以将底层套件材料改为质量较重的金属材料，加重底层结构并且简化上层结构，以使机器人的重心偏低。
基于INNOSTAR平台的武术擂台机器人设计与实现
(1.滁州学院
杨 1,2, 李正洁 3, 李元金 1, 程
发展规划处, 安徽 滁州
科2
镇江 212000;
计算机与信息工程学院; 2.江苏科大智慧海工装备有限公司, 江苏 3.滁州学院 239000)
摘
要:目前机器人广泛应用于各领域,本文设计的武术擂台机器人采用北京博创科技有限公司提供
的“创意之星”套件来实现的,基于 INNOSTAR 平台,利用灰度传感器、红外测距传感器、红外传感器 、电 机、舵机及相关部件来搭建,并验证机器人外形的科学性,在合理的范围内自主完成武术擂台机器人的设 计与实现.控 制 机 器 人部 件 的 软件程 序 是通过 C 语言 编 写的 ,通 过实验测 试 表 明 ,机器 人 实 现 了登台 、攻 击、起身等动作,并模拟人的形态、基本动作和简单的思维,基本满足功能设计需求. 关键词:武术擂台机器人;INNOSTAR 平台;“创意之星”套件;传感器;智能化 中图分类号： G642 文献标识码： A 文章编号： 1673-260X （2017） 12-0023-03
第 33 卷 第 12 期 （上） 2017 年 12 月
赤 峰 学 院 学 报（ 自 然 科 学 版 ） Journal of Chifeng University（Natural Science Edition）
Vol. 33 No.12 Dec. 2017
基于 INNOSTAR 平台的武术擂台机器人设计与实现
在当今信息化社会， 机器人技术不断地发展进 自 动控制 和人 工 智 步， 融合了电子 、 机械、 传 感器、 能等众多先进技术.从 20 世纪以来， 机器人技术的 还是人们迈向新时 出现不仅标志人类技术的进步， 机器 人 技 术 经 历 代 的 第一 步 . 在 经 过多 年 的 发 展 ， 正 处 于朝 气 蓬 了诞生到 成 长， 如今 已 经步入青 年， 勃的时期， 已经成为全世界公认的不可少的核心技 术.世界上有约 100 万台机器人正在帮助人们完成 各种任务， 在工业上有各种各样的工业机器人协助 人们完成日常工作， 在生活上有娱乐、 服务、 医疗机 器人等， 还有很多如仿人机器人、 军用机器人、 农业 消防救援机器人 机器人、 空中机器人、 水下机器人、 通 过设 等各种用途的机器人应用于人类的生活中， 计、 制作、 调试， 可以激发科技人员的想象力和工程 动 手 能力 、 合作精 潜力， 培养设计能力 、 创新能力、 神.本文设计的武术擂台机器人就是立足于此. 1 武术擂台机器人硬件分析 武术擂台机器人硬件框图如图 1 所示. 本文选用 机器人的主控制器是机器人的大脑， MultiFLEX 2-AVR 控制器作为主控器，电机选取
一种武术擂台机器人的设计方案
一种武术擂台机器人的设计方案张恒;夏庆锋;谢鹏飞【期刊名称】《兵工自动化》【年(卷),期】2017(036)012【摘要】结合2016年中国机器人大赛武术擂台赛无差别1vs1赛项目要求,提出一种武术擂台机器人的设计方案.从控制策略、运动规划、控制系统、感知系统、运动系统和机械结构等方面,介绍南京大学金陵学院1队机器人的基本情况,给出竞赛策略.结果表明:该方案硬件与结构简单,不仅能使整个系统达到较高稳定性,还能节约成本.%A designing plan for material-contest robot of arena is proposed according to the requirement of China material-contest robot competition for 1vs1 mode formulated in 2016. The robot used in the competition above of Nanjing University Jinling College Team 1 will be given more basic information and competition strategy in terms of control strategy, motion plan, control system, sensing system, motion system and mechanical structure etc. The results show that the hardware and structure of the project are both simple, and it can greatly improve the stability of the whole system and realize cost saving.【总页数】4页(P80-82,96)【作者】张恒;夏庆锋;谢鹏飞【作者单位】南京大学金陵学院机器人实验室,南京 210089;南京大学金陵学院机器人实验室,南京 210089;南京大学金陵学院机器人实验室,南京 210089【正文语种】中文【中图分类】TP242.3【相关文献】1.一种基于AVR单片机控制的r武术擂台机器人设计 [J], 党金哲;高晶敏;李明慧2.机器人上演精彩火爆的武术擂台记2010中国机器人大赛暨ROBCUP公开赛武术擂台赛 [J], 李卫国3.机器人"武林大会"——记全国机器人武术擂台赛 [J], 王野4.仿人机器人武术擂台赛中机器人的运动控制策略 [J], 张东晴;陆忠燕;吉旭程;5.一种武术擂台赛机器人的漫游策略分析 [J], 司飙因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
擂台机器人的系统设计要点及分析
度传感 器 是模 拟传 感器 ．需 要转 换成 数 字量 ，才 能被 单 片机使 用 。为 防止 日光 对灰 度传 感器 准 确度 的干 扰 ，应 在周 围采取 避光 措施 。超 声波 传感 器 的测 距原 理 是超 声 波发射 器 向某 一方 向发 射超 声波 ，在 发射 时 刻 的同 时开 始计 时 ，超 声 波在 空气 中传 播 ，途 中碰到 障 碍物 就立 即
ＭＣ ３ ３ ３ ０ ５可 用 在 有 刷 直 流 电 机 和 无 刷 直 流 电 机 的 控 制 电
电 流 较 大 ．不 直 流 电 机 可 选 型 号 多 ．功 率 易 与 车 轮 装 任 何 重 量 的 大 ，接 口简 单 配 ．控 制 较 复 小 车
杂
ｉ
２
舵 机
可选 型 号 多 ．易 于 可 承 受 小 负 和 车 轮 装 配 ，功 率 载 ，速 度 调 节 重 量 低 于 适 中 ，接 口简 单 范 围小 ２３ ｇ的 小 车 ． ｋ 功 率 与 自重 比 可 选 型 号 多 ．可 进 小 ， 电 流 较
返 回来 ，超 声波 在空 气 中的传 播 速度 为 ３ ０ ｓ ４ ｍ／，根据 计
时器 记 录 的 时间 ｔ ，就 可 以 计 算 出 发 射 点 距 障 碍 物 的 距
离Ｓ ，即 ｓ ３ ０／ 。因此 超声 波 传感 器 用 于擂 台 机器 人 ， ＝ ４ｔ ２ 需 要进 行距 离计 算再 判断 。
则 另 一 方 获 胜 ，本 局 比赛 结 束 。 经 过 几 年 的 发 展 ，各 ”
基于STM32擂台机器人硬件系统设计
基于STM32擂台机器人硬件系统设计作者：刘卫华戴健雄来源：《价值工程》2020年第09期摘要：结合华北五省擂台机器人比赛规则，采用STM32微处理器为主控制器设计硬件系统， STM32微处理器具有设计周期短、成本低等优点。
本文阐述基于STM32构建系统组成、工作原理及软件设计。
观测数据可通过OLED显示，也可通过串口传给计算机。
实验结果表明，系统工作可靠，电路结构简单。
Abstract： Combining the competition rules of the robot competition in the five provinces of North China， the STM32 microprocessor is used as the main controller to design the hardware system. The STM32 microprocessor has the advantages of short design cycle and low cost. This article describes the composition， working principle and software design of the STM32-based construction system. Observed data can be displayed via OLED or transmitted to a computer via a serial port. The experimental results show that the system works reliably and the circuit structure is simple.关键词：STM32;PI;传感器;机器人Key words： STM32;PI;sensor;robot中图分类号：TP242; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; 文献标识码：A; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; 文章编号：1006-4311（2020）09-0034-030; 引言为了培养和开发大学生的聪明才智与创新精神，展示当代大学生机器人制作能力与高新技术应用水平，国内各类机器人大赛得到众多大学生的积极响应和参与。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn
武术擂台机器人上台装置的结构设计
作者：李庆洋
来源：《科技风》2018年第08期
摘要：在众多的机器人赛事当中，武术擂台机器人项目因为其观赏性和趣味性吸引着越来
越多的人参加。近年，因为比赛规则的改变，机器人由原来的斜坡上台改为了无斜坡自主登
台，因此，对擂台机器人又提出了新的要求，本文针对新规则设计出新的上台装置，并且在实
战当中取得了不错的成绩。
关键词：武术擂台；机器人；自主登台
1 项目简介
机器人武术擂台赛是一种对抗性比赛，比赛场地是正方形6cm高的矮台，台上即为擂台
场地，场地四周700mm处有高500mm的方形黑色围栏。比赛时需要参赛双方机器人自主登上
6cm高的比赛场地，寻找对手并将对手推下擂台。在此过程中，如机器人掉下或被推下擂台，
机器人需要自主登上擂台继续比赛，如在10秒倒计时后仍未能登台，则给对方加1分，随后
以每10秒得1分给对方加分，直至机器人登上擂台[1]。因此，如何能快速简单的登台在比赛
中变得至关重要。
2 武术擂台机器人的登台机构设计
2.1 新的比赛要求
传统的武术擂台赛的场地为大小为长、宽分别为是 2400 mm，高 150mm 的正方形矮台，
台上表面即为擂台场地。场地的两个角落设有坡道，机器人从出发区启动后，沿着该坡道走上
擂台[2]。
新的武术擂台赛比赛场地是大小为长、宽分别为是 2400 mm，高 60mm 的正方形矮台，台
上表面即为擂台场地。无斜坡，机器人从出发区启动后，可以从任意地方登台。
2.2 上台装置设计
因为新的比赛规则去除了坡道的设置，所以机器人要想登上60mm高的擂台，必须要对机
器人的结构进行重新设计，为登台设计专门的机构，实现机器人的自主登台。
根据对比赛场地的分析，登上60mm高的擂台方式有如下几种：
2.2.1 直接登台式
龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn
可以使用半径大于60mm的车轮或者使用履带结构，这样机器人可以直接走上擂台。这种
方式的优点是上台很迅速。缺点是提高了机器人的重心，在比赛当中容易被对方推下台，进攻
上灵活性较低。
2.2.2 攀爬式
可以利用攀爬机构，使机器人爬上擂台，例如使用舵机，在机器人的前后各安装2个舵
机，利用舵机转动一定的角度，驱动爪子，构成攀爬结构使擂台机器人爬上擂台。这种方式的
优点是不改变机器人的驱动结构，进攻灵活、重心低防御力强。缺点是需要安装四个舵机，而
机器人的大小是有限制的，四个舵机会很占用机器人的空间，并且舵机的增加，又使得机器人
出现故障的几率增加，上台速度较慢。
对比上述两种登台方式各自的优缺点和实际实验，我们设计出一种新的上台装置，上台装
置为一个弧形板或平面板，安装在机器人的尾部，与车身下层底盘的角度为120°140°之间如下
图所示。
这种上台装置只需要机器人后端朝着擂台提供一定的速度即可轻松冲上擂台，不需要其他
额外的动力装置和机械装置。
2.3 其他硬件结构
配合上台装置完成上台的还需要其它硬件结构，控制器选择基于STM32单片机的LUBY
控制器；电机选择24V900转纳英特60W直流电机，配合驼峰轮使用。传感器选择4个红外光
电传感器和4个红外测距传感器，分别安装在机器人的前后左右的上下端，红外光电传感器的
安装高度要低于60mm（擂台高度），红外测距传感器的安装高度要高于60mm。传感器主要
用于检测机器人所处的位置，做出相应的调整动作，完成上台。
3 具体实施过程
首先通过传感器的状态来判断武术擂台机器人是否在擂台上，当四个红外光电传感器当中
有两个或两个以上输出低电平的时候，说明擂台机器人在台下（机器人位于围栏和擂台之
间），然后控制器判断机器人的朝向并输出控制信号：
（1）当前红外光电传感器和后红外光电传感器处于低电平并且前红外测距传感器高于设
定阈值时，说明机器人车头朝围栏车尾朝擂台边沿，使机器人向前移动一小段距离留出加速空
间，再使机器人向后高速移动冲上擂台。
龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn
（2）当前红外光电传感器和后红外光电传感器处于低电平并且后红外测距传感器高于设
定阈值时，说明机器人车尾朝围栏车头朝擂台边沿，使机器人原地旋转180度后，向前移动一
小段距离留出加速空间，再使机器人向后高速移动冲上擂台；
（3）当左红外光电传感器和右红外光电传感器处于低电平并且左红外测距传感器高于设
定阈值时，说明机器人左侧朝围栏右侧朝擂台边沿，使机器人原地逆时针旋转90度后，向前
移动一小段距离留出加速空间，再使机器人向后高速移动冲上擂台；
（4）当左红外光电传感器和右红外光电传感器处于低电平并且右红外测距传感器高于设
定阈值时，说明机器人右侧朝围栏左侧朝擂台边沿，使机器人原地顺时针旋转90度后，向前
移动一小段距离留出加速空间，再使机器人向后高速移动冲上擂台。
4 结语
本文根据武术擂台赛的新规则，为满足机器人自主登台的需要，通过分析擂台的布置和机
器人的特点，设计出一种快速登台的上台装置，不仅结构简单而且上台的效率和成功率也很
高，在实际比赛当中也取得了理想的成绩，验证了此种登台方式是目前非常简单易行的方式。
参考文献：
[1]2017中国机器人大赛武术擂台赛无差别1vs1项目比赛规则.
[2]2015机器人武术擂台赛规则标准平台无差别组（1VS1）.
[3]张永清，王岩，孙黎.基于武术擂台赛无差别组轮式机器人的开发设计与关键技术研究
[J].河北建筑工程学院学报，2017，35（02）：114117.