机器人足球使用器材概要

一、机器人足球使用器材足球运动作为一项体育竞技项目,完美地体现着人类追求配合、协作、体能、竞争……揭示着人类对于美的追求。

正是因为它独特的魅力，才能如此长久地鼓舞人们的热情，让你哭、让你笑，让你激动，让你为之疯狂，让你欲罢不能……机器人足球是以足球为载体的前沿高科技研究和高技术对抗，它广泛涉及人工智能、计算机视觉、自动控制、精密仪器、传感和信息等一系列学科的创新研究，其研究成果可广泛应用于工业、农业、军事、信息技术等实际领域，集中反映出一个国家的高科技水平和综合国力。

目前教育部, 中国科协,关心下一代委员会等多个政府部门开展的机器人活动都包括机器人足球项目。

但是，比赛机会少。

为了能让更多的学生参与这项有意义的活动。

西觅亚公司作为世界青少年机器人足球杯(ROBOCUP JUNIOR)的中国代表, 希望提供给大家一个交流的机会，让机器人足球可以普及，从2004年3月开始进行机器人足球邀请赛，并且全国比赛选出的优胜队将会代表中国参加2004年在葡萄牙举办的ROBOCUP JUNIOR 总决赛。

1、机器人控制核心——RCX我们如何控制机器人的运行？乐高课堂里的机器人主要由微电脑——RCX来控制。

RCX有3路输入、3路输出可以连接各种传感器和马达等输入、输出设备。

RCX可以保存5个独立的应用程序，通常，其中3个是供用户使用的。

需要时，可以将5个独立程序都给用户使用，这需要在“Administrator”中通过点击“RCX Settings”，将RCX的1、2程序解锁。

RCX的操作系统是面向事件（event-oriented）的，可以并行处理10个任务。

事实上，我们不仅可以用RoboLab软件来为RCX编写程序，还可以做其他选择，例如NQC(Not Quiet C )。

利用ActiveX控件，你可以使用Visual Basic ，Visual C++，Delphi等多达30多种正式、非正式语言为RCX编写程序。

更不可思议的是，你甚至可以不用Lego提供的固件，而改用其他的固件，如LegOS。

2、机器人感觉器官——传感器乐高提供了4种基本的传感器：光电传感器触动传感器角度传感器温度传感器其他足球专用传感器：高级光电传感器3、机器人驱动——马达空载电流：10mA满负荷电流：100mA无负载速度(within a few %)：375 RPM39 rad/s最大扭矩(within 10%?)：8.9 N-cm 0.89 N-m 12.3 oz-in 0.06 ft-lb功率(1/2 no-load speed * 1/2 stall torque) 3.5 N-m/s (Watts)4、机器人身体结构——积木乐高提供了丰富多彩的积木，包括各种积木及机械部件，例如齿轮、轮子等组成了机器人的身体。

5、机器人思维——ROBOLAB软件乐高课堂里的机器人使用ROBOLAB软件为机器人编写程序，是一种图形化编程开发环境，提供了一种更快捷的程序编写方法，编程环境直观明了，它有几百个模块组成，用一个个图形模块代替传统的编程语句，例如循环、条件等都有相应的图标，可以完成所有C语言和VB等语言的功能，设计者只需要把所需的图标从功能模块中抓取下来进行连线即可实现程序编写，无需编写任何代码，与传统编程的表现形式有根本区别，但其编程的逻辑思维与传统编程一样，和C、VB等一样都是计算机的编程语言。

所有这些特性使G语言更易于学习，从而减少程序开发时间，提高编程质量。

6、其他足球专用传感器足球二、足球机器人的任务：在黑白渐变的场地中寻找物足球，并将足球踢入对方球门。

每个队有两个机器人上场比赛，在规定的时间内看那方机器人进对方球门球最多者获胜。

（详细内容见机器人足球比赛规则）三、编程思路：每队有两个机器人在场地中比赛，所以我们在设计机器人时给两个机器人进行分工，一个是进攻机器人，另外一个是防守机器人,当然你也可以设计成两个都是进攻机器人。

进攻机器人主要任务是用前方两个光电传感器检测寻找球，当机器人寻找到球后开始检测地面，如果进攻方向正确，机器人继续踢球：如果机器人进攻方向不正确，机器人绕到球后面踢球。

防守机器人主要任务是在球门前方寻找足球，一旦有足球，机器人向有球的地方运行把球挡出去。

四、制作机器人进攻足球机器人1、外型搭建：使用器材：1个RCX、2个马达、3个光电传感器)机器人运行机器人在运行中的路线是不确定的，有时需要转弯，有时需要直行。

为了方便控制机器人运行，我们用2个马达控制机器人运行。

这里我们用两个大轮子带动机器人行走是因为大轮子运行速度快，为了让机器人身体稳定，在机器人身体前后加入了滑轮，为了支撑机器人身体并且运行灵活。

扩展：如果器材允许你可以使用4个马达控制机器人运行，增加机器人力量。

2) 用2个光电传感器检测足球比赛中机器人要找到球然后推球，比赛中足球发射红外光，所以我们使用光电传感器检测足球。

为了检测足球比较准确，这里我们用2个乐高光电传感器检测。

注意：乐高光电传感器有一个发射管，一个接收管。

比赛时要用黑色胶布把发射管封住，防止干扰其他机器人的运行3) 用1个光电传感器检测场地比赛中机器人找到球后要把球向对方球门方向推，那机器人怎么能辨别方向？我们用乐高光电传感器检测场地的灰度变化（场地是由白到黑渐变的）。

把乐高光电传感器发射和接收端向地面，尽量避免外界光线对它的影响。

扩展：可以使用指南针传感器来辨别机器人的进攻方向。

4)加固机器人比赛时，机器人会出现碰撞等情况。

为了使机器人身体结实、稳固，我们给机器人身体两侧用梁进行加固。

机器人在运行中很有可能碰到墙壁等，为了防止轮子与墙壁摩擦，我们给机器人加入导向轮。

提示：可以使用其它有效方法加固机器人结构。

2、程序设计：●开球：概述：开球时，所有的机器人都必须位于自己的半场，且必须处于静止状态。

由裁判将球放置在开球点，所有不开球的机器人必须离球大于25cm。

开球方将开球机器人放置在距足球2cm至5cm位置。

裁判可以调整机器人的位置，并宣布完成调整。

裁判吹哨后，比赛开始。

开球机器人触球后，其他机器人方可触球。

解决方案：机器人向前运动把球踢出去。

程序：说明：A、C两个马达控制机器人的运行，机器人向前运行0.5秒把球开出去，然后停止0.2秒。

●寻找足球：概述：比赛中机器人主要任务之一就是如何准确找到球。

如何解决这个问题呢？解决方案：我们用两个光电传感器检测足球，哪个传感器检测到足球机器人向哪个方向运行，当两个光电传感器都检测到球并且光值到达一定数值，机器人直接推球。

程序：说明：概述：开球时，所有的机器人都必须位于自己的半场，且必须处于静止状态。

由裁判将球放置在开球点，所有不开球的机器人必须离球大于25cm。

开球方将开球机器人放置在距足球2cm至5cm位置。

裁判可以调整机器人的位置，并宣布完成调整。

裁判吹哨后，比赛开始。

开球机器人触球后，其他机器人方可触球。

解决方案：机器人向前运动把球踢出去。

程序：说明：A、C两个马达控制机器人的运行，机器人向前运行0.5秒把球开出去，然后停止0.2秒。

寻找足球：概述：比赛中机器人主要任务之一就是如何准确找到球。

如何解决这个问题呢？解决方案：我们用两个光电传感器检测足球，哪个传感器检测到足球机器人向哪个方向运行，当两个光电传感器都检测到球并且光值到达一定数值，机器人直接推球。

程序：说明：1、1端口和3端口光电传感器进行比较，当1端口光值小于3端口，C马达停A马达转。

当1端口光值小于3端口，再判断3端口数值。

2、3端口数值小于40，A马达停C马达转；3端口数值大于40，A、C马达同时直行。

也就是两个光电传感器都检测到球。

3、程序一直循环进行。

检测场地：概述：机器人找到球后要推球向对方方向，机器人如何识别方向，这里我们用光电传感器检测场地的灰度来判断机器人运行方向。

解决方案：用一个光电传感器检测，当机器人检测到球在自己方向机器人放弃球。

（例如，机器人的进攻方向由白到黑）程序：说明：1、利用事件对2端口的光电传感器检测到数值进行监控。

2、当光电传感器检测到光值大于45，A、C马达转弯，2端口光电传感器清零，继续检测。

综合：概述：以上几个问题我们已经解决，下面把这些解决方案综合到一起就是足球进攻队员的程序。

（下面的参考程序机器人由白到黑进攻）程序：说明：1. 3个光电传感器进行清零，为了让传感器读数准确。

2. 先用2端口判断机器人是在自己半场还是对方半场，当数值大于40，机器人位于自己半场但是没有在球门前，当数值小于45，机器人不在自己半场，用1和3端口光电传感器开始寻找足球，踢球。

（光值要根据现场进行调试）3. 当光值大于45，机器人位于自己球门前，机器人后退转弯。

注意：1) 比赛分成上下两个半场，如果上半场是由白到黑进攻那下半场就是由黑到白，中间只有5分钟的休息时间，所以在编写程序时最好编写2套，分别存储在RCX里。

2) 加固电池，比赛时机器人有可能会撞到一起，如果电池掉电程序丢失会耽误许多比赛时间。

扩展：● 高级光电传感器代替光电传感器寻找足球高级光电传感器和乐高光电传感器用法一样，在程序中还是利用光电传感器图标。

高级光电传感器比乐高光电传感器检测距离要远一些。

●指南针传感器代替光电传感器检测方位这里我们可以用指南针传感器代替光电传感器来辨别机器人运行方向。

指南针传感器在不同方向数值不同，和光电传感器一样都是数值变化，所以程序中我们利用光电传感器图标。

程序：1、对传感器说明：对1和3端口光电传感器清零，分别检测一个数值放到容器中。

2、检测球说明：1) 这里分为无球和有球状态。

2) 有球时，机器人踢球3) 无球时，机器人在当地中找4次球。

3、检测场地说明：机器人检测到数值大于65，也就是机器人离球非常进，机器人进行检测场地（利用2端口指南针传感器进行判断）。

如果是向自己方向机器人放弃找球，如果是向对方方向机器人踢球。

注意：指南针传感器容易受到磁场干扰，所以传感器要远离RCX、马达等带电设备。

防守足球机器人1、外型搭建：a)使用器材：1个RCX、2个马达、2个光电传感器b)机器人外型搭建：1) 机器人驱动守门机器人任务主要是在门前防守，防止球进入球门。

所以机器人在门前左右运动，这里我们用2个马达带动机器人左右运行。

机器人身体两侧各有一个马达分别控制机器人向左还是向右。

扩展：使用四个马达控制机器人运行。

2)2个光电传感器检测足球用两个光电传感器分别固定在机器人身体两侧进行检测足球，左边光电检测到足球，机器人向左运行；右边光电检测到足球机器人向右运行。

注意：乐高光电传感器有一个发射管，一个接收管。

比赛时要用黑色胶布把发射管封住，防止干扰其他机器人的运行。

3) 1个光电定位比赛时机器人在球门外面进行防守，为了防止机器人让开球门，我们在机器人身后加一个光电传感器确定机器人位置。