DOTA對抗賽機(jī)器人設(shè)計和定位實現(xiàn)

摘要：文章主要通過對2014年華北五省機(jī)器人大賽中機(jī)器人DOTA對抗賽中無線遙控對抗機(jī)器人進(jìn)行分析和研究，介紹了兩種紅外無線遙控進(jìn)攻機(jī)器人和一種全自主防守機(jī)器人通訊和擊打裝置的設(shè)計和實現(xiàn)，使其能根據(jù)操縱者要求完成一系列攻擊、阻礙對方等復(fù)雜任務(wù)。分別采用了80C51單片機(jī)和深圳天地飛科技開發(fā)有限公司的WFT06X—A 2.4GHz六通道比例遙控裝置控制機(jī)器人，出色地完成了對機(jī)器人的控制并能將其性能最優(yōu)化，實現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)。

關(guān)鍵字： DOTA對抗 策略 機(jī)器人

0.引言

2014年華北五省機(jī)器人大賽中，首次設(shè)立了以遙控為主、自主為輔的機(jī)器人DOTA對抗賽，受到了全國各大媒體的爭相報道，之后不久，全國機(jī)器人大賽委員會對DOTA對抗賽中比賽規(guī)則稍作修改，并改名為ROBOTAC，將其納入2015年全國機(jī)器人大賽比賽范疇。

機(jī)器人DOTA對抗賽是紅、藍(lán)兩方機(jī)器人在規(guī)定的場地(圖1)上的攻、防對抗比賽。比賽過程中，雙方的多臺機(jī)器人要越過障礙、進(jìn)行攻擊、進(jìn)攻對方堡壘，得分高的一方勝利。

俗話說“萬事開頭難”，既然機(jī)器人DOTA對抗賽是首次設(shè)立的項目，那么機(jī)器人的初期設(shè)計也是最為困難的。本文就提出了兩種無線遙控對抗機(jī)器人和一種全自主防守機(jī)器人的設(shè)計構(gòu)思。

1.系統(tǒng)構(gòu)成

1.1 遙控裝置

通過采用天地飛公司開發(fā)的一套WFT06X—A2.4GHz六通道比例無線遙控裝置控制機(jī)器人，當(dāng)操縱遙控裝置上的手柄的時候，六通道接收機(jī)能發(fā)出不同占空比的PWM波信號，從而達(dá)到對外接后續(xù)設(shè)備的控制。

1.2 驅(qū)動裝置

機(jī)器人設(shè)計為通過12V、25C動力電池供電，使用兩個320A有刷電調(diào)對四個12V電機(jī)前后四輪進(jìn)行全驅(qū)動。另外通過調(diào)節(jié)遙控裝置的混控開關(guān)使得接收機(jī)輸出符合要求占空比的PWM波控制電調(diào)，實現(xiàn)對電機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向直接控制并使用差速法實現(xiàn)機(jī)器人短時間快速轉(zhuǎn)彎等動作，完成該輪式機(jī)器人的驅(qū)動裝置的設(shè)計。

1. 3 擊打裝置

對于A號機(jī)器人，選擇使用三位無通電磁閥，通過氣壓驅(qū)動攻擊桿，對敵方機(jī)器人實現(xiàn)有效攻擊。經(jīng)查找相關(guān)有效資料和不斷進(jìn)行比較，最終確定使用經(jīng)過密封處理 2.2L的可樂瓶作為儲氣裝置。若接收機(jī)輸出的PWM波無法直接控制電磁閥，可以選擇使用模擬舵機(jī)設(shè)計成為一個機(jī)械開關(guān)，直接從電池對電磁閥供電，通過遙控裝置對模擬舵機(jī)機(jī)械臂的上升與下降的控制，從而實現(xiàn)控制電磁閥的通與斷，從而使得攻擊桿的伸縮得到靈活控制。

對于B號機(jī)器人，通過采用博創(chuàng)機(jī)器人公司提供的工程塑料，在底層驅(qū)動平臺上搭建了一個高35cm的平臺，在該平臺上設(shè)計攻擊機(jī)構(gòu)。對于該機(jī)器人，我們設(shè)計了兩套攻擊機(jī)構(gòu)。其一，通過兩個180°MG996R控制一個小型的機(jī)械手設(shè)計了一套掀起裝置，在比賽開始前，為了滿足規(guī)則中對機(jī)器人尺寸的限制，將機(jī)械手置于收起狀態(tài)，放置在之前搭建的平臺之下，比賽開始后，迅速調(diào)節(jié)舵機(jī)角度，使機(jī)械手位于底盤之下，當(dāng)敵方機(jī)器人與我方相遇時候，能直接伸入敵方機(jī)器人底盤之下，然后再次調(diào)節(jié)舵機(jī)，抬起敵方機(jī)器人，使其瞬間失去攻擊能力;其二(圖4)，通過小功率直流電機(jī)，驅(qū)動一塊長直金屬條，在比賽過程中，不斷調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，使得金屬條快速轉(zhuǎn)動對敵方機(jī)器人實現(xiàn)有效攻擊，可直接破壞其供電系統(tǒng)或生命血條。

2.自主防守機(jī)器人

基本思路來自于機(jī)器人武術(shù)擂臺賽中擂臺機(jī)器人，該機(jī)器人位于比賽場地的“高地”之上，對我方生命塔進(jìn)行保護(hù)，當(dāng)對方機(jī)器人進(jìn)入我方高地后即刻進(jìn)行阻擋、沖撞等保護(hù)性措施。

2.1 驅(qū)動以及檢測裝置

采用24V直流電源對四個37GB60—555電機(jī)進(jìn)行供電，通過漫反射型光電開關(guān)實現(xiàn)紅外檢測，當(dāng)開關(guān)發(fā)射光束時候，目標(biāo)產(chǎn)生漫反射，發(fā)射器和接收器構(gòu)成單個標(biāo)準(zhǔn)部件，當(dāng)有足夠的組合光返回接收器時候，開光狀態(tài)發(fā)生變化，并將該變化反饋到系統(tǒng)主控板80C51單片機(jī)，根據(jù)預(yù)設(shè)程序判斷是否存在敵方機(jī)器人，檢測距離為3—80cm連續(xù)可調(diào)。

2.2 對抗策略

根據(jù)光電開關(guān)反饋回來的數(shù)據(jù)，控制板根據(jù)預(yù)設(shè)程序做出相應(yīng)決策。通過設(shè)置一個標(biāo)志物，使邊緣檢測和對抗在同一優(yōu)先級，邊緣檢測部分不分優(yōu)先級，使得機(jī)器人攻擊性在一定程度上得到了很大的提升。根據(jù)比賽規(guī)則，我方生命塔周圍有一圈白色膠條圍起來的“禁區(qū)”，我們通過在機(jī)器人底部設(shè)置灰度傳感器，不斷對機(jī)器人所處位置的地面進(jìn)行灰度檢測，當(dāng)檢測到白色膠條時候自主后退，也就消除了我方機(jī)器人實施自殺式攻擊的顧慮。

3.系統(tǒng)實現(xiàn)

在比賽過程中，通過手動機(jī)器人的攻擊機(jī)構(gòu)對敵方機(jī)器人和敵方生命塔實行有效攻擊獲得分?jǐn)?shù)，自主機(jī)器人在我方高低不斷巡邏，對入侵高地的敵方機(jī)器人實行推擋、沖撞等攻擊，保護(hù)我方生命塔，構(gòu)成一套相對完成的攻防系統(tǒng)。我們開發(fā)的這幾款機(jī)器人于2014年在第二屆華北五省機(jī)器人大賽機(jī)器人DOTA對抗賽中已獲得北京賽區(qū)二等獎、華北賽區(qū)三等獎的好成績。

4. 結(jié)束語

在智能全自主機(jī)器人大行其道的今天，無線遙控機(jī)器人也在各行各業(yè)當(dāng)中得到了相當(dāng)廣泛的應(yīng)用，通過對無線遙控機(jī)器人不同機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新式設(shè)計，使得機(jī)器人在人類操控下完成許多人類難以完成的任務(wù)。

本文中所設(shè)計的兩種無線遙控機(jī)器人，能基本完成機(jī)器人DOTA對抗賽的要求，在一定程度上對敵方機(jī)器人進(jìn)行打擊，但仍然存在機(jī)器人運動速度不夠快、打擊力度不夠，攻擊效果不夠明顯等問題，在機(jī)器人的材質(zhì)、攻擊機(jī)構(gòu)的設(shè)置和驅(qū)動方面有很大的改進(jìn)空間，在以后的無線遙控機(jī)器人設(shè)計中，可以采用密封性更好的鋼瓶作為儲氣裝置，并可以使用鋁鋼合金制作機(jī)器人，增加自身的穩(wěn)定性和抗打擊性能。