- 相關(guān)推薦
基于軟件方面的機(jī)器人結(jié)構(gòu)缺陷彌補(bǔ)方法
1.引言
全國(guó)機(jī)器人大賽的比賽項(xiàng)目眾多，其中雙足競(jìng)步組對(duì)參賽者的要求是以自主設(shè)計(jì)為主，其主要包括機(jī)械結(jié)構(gòu)部分，硬件電路部分和軟件部分。其中的難點(diǎn)是機(jī)械結(jié)構(gòu)部分的設(shè)計(jì)。
由于學(xué)生設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，操作技術(shù)水平和生產(chǎn)設(shè)備的限制。制作出來(lái)的部件很難符合設(shè)計(jì)的要求 ，這將對(duì)機(jī)器人的運(yùn)行產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。本文主要針對(duì)競(jìng)步交叉足機(jī)器人機(jī)械結(jié)部分存在的這一問(wèn)題。把機(jī)械結(jié)構(gòu)部分與軟件部分相結(jié)合。用軟件部分設(shè)計(jì)的靈活性來(lái)彌補(bǔ)機(jī)械結(jié)構(gòu)部分設(shè)計(jì)時(shí)不可必免的缺陷。從而消除機(jī)械缺陷對(duì)機(jī)器人的影響，使機(jī)器人能夠運(yùn)行的更加穩(wěn)定 。
2.機(jī)械結(jié)構(gòu)缺陷分析
通過(guò)觀察各參賽隊(duì)的機(jī)器人，作者發(fā)現(xiàn)各參賽隊(duì)的機(jī)器人都存在著一個(gè)普遍問(wèn)題，在走路和翻跟斗時(shí)都會(huì)偏離原定路線很多。有的還會(huì)走出邊界，只好人為干預(yù)。這大大影響了比賽成績(jī)。經(jīng)過(guò)仔細(xì)觀察和分析作者得出其主要原因是機(jī)械結(jié)構(gòu)存在著如下幾方面的缺陷。
�。�1）旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)不同軸
機(jī)器人所用的無(wú)論是數(shù)字舵機(jī)還是普通舵機(jī)，大多數(shù)都是一面有軸，而另一面無(wú)軸。為了連接時(shí)的方便和增加旋轉(zhuǎn)時(shí)的機(jī)械強(qiáng)度，參賽者都會(huì)在無(wú)軸的一面人為的加上一段軸，再者就是在制作連接件時(shí)，由于參賽者的操作技術(shù)水平和生產(chǎn)設(shè)備的限制。會(huì)使連接件在打孔時(shí)中心不在一條直線上。這都將導(dǎo)致在旋轉(zhuǎn)時(shí)的不同軸問(wèn)題。旋轉(zhuǎn)時(shí)的不同軸會(huì)使機(jī)器人存在很多缺陷，主要表現(xiàn)為：
�、偻葘⒈憩F(xiàn)出外八字或是內(nèi)八字，如果左右腿偏離中心線的角度不一致，這將導(dǎo)致在走路時(shí)向一個(gè)方向偏移。
�、谀_面無(wú)法放平，使腳面著力不均勻。使機(jī)器人在走路和翻跟斗起身時(shí)由于重心不穩(wěn)而摔倒。在翻跟斗起身時(shí)還會(huì)由于腳面沒(méi)有放平發(fā)生扭動(dòng)，使機(jī)器人偏離原定路線。
�。�2）機(jī)械連接處松動(dòng)
多數(shù)機(jī)器的舵機(jī)與連接件，連接件與連接件之間采用螺絲連接。這種連接方式在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)時(shí)最容易產(chǎn)生松動(dòng)。而這一點(diǎn)不易被參賽者發(fā)現(xiàn)。產(chǎn)生松動(dòng)以后，將對(duì)機(jī)器人產(chǎn)生很大的影響，即使是同樣的程序，調(diào)試的效果也是不一樣的。而參賽者往往認(rèn)為是程序的問(wèn)題，一味的去更改程序，至使這一問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重。
�。�3）重心偏移
機(jī)器人大賽中的競(jìng)步機(jī)器人近似長(zhǎng)方體形狀，重心應(yīng)位于幾何中心。然而由于設(shè)計(jì)的配重不 當(dāng)。往往使機(jī)器人的重心偏離幾何中心。這是導(dǎo)致走路和翻跟斗時(shí)不穩(wěn)的主要原因之一。
如果重心偏高，將使機(jī)器人在向前后翻跟斗起身時(shí)不穩(wěn)，甚至摔倒。如果重心偏左或偏右，左腳和右腳所承受的重力不均勻，走路時(shí)會(huì)發(fā)生向一面擺晃現(xiàn)象，走路是的速度越大擺晃程度就越明顯，為了保持穩(wěn)定性，只好降低速度。這將大大限制了走路速度的提高，同時(shí)也影響走路時(shí)的直線性。使比賽無(wú)法順利完成。
3.缺陷軟件彌補(bǔ)方案
機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)上的缺陷主要表現(xiàn)比賽時(shí)的直線性上，有很多參賽者采用校正的方法來(lái)解決機(jī)器人的直線性問(wèn)題。具體實(shí)現(xiàn)方法是，在硬件電路上增加電子軟盤(pán)傳感器。在機(jī)器人運(yùn)行前確定運(yùn)行的方向，以后每走幾步就校正一次。校正時(shí)，讓一只腿腳部的舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)地產(chǎn)生扭力使機(jī)器人轉(zhuǎn)向。這種校正方法無(wú)法保證轉(zhuǎn)向的角度，至使每次校正時(shí)都要轉(zhuǎn)向多次才能得到理想的角度。而在校正時(shí)重心會(huì)發(fā)生偏移，此時(shí)無(wú)法保證機(jī)器人自身的穩(wěn)定性，有摔倒的可能。而且這種的方法必須使機(jī)器人停下來(lái)進(jìn)行，這將影響比賽的時(shí)間，得不償失 。
作者要闡述的是用軟件來(lái)彌補(bǔ)機(jī)械結(jié)構(gòu)上的缺陷。來(lái)保證機(jī)器人在比賽時(shí)的直線性。與上述方法有很大的不同之處。具體有以幾點(diǎn)：
（1）走路的直線性調(diào)節(jié)，走路在整比賽中占很大的一部分，走路時(shí)保持直線性對(duì)順利完成比賽非常重要。我們知道，有些四驅(qū)的玩具車并沒(méi)有舵機(jī)，而是靠左右兩面輪子的轉(zhuǎn)速不同來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向的，如果要向左面轉(zhuǎn)向，就放慢左面輪子的速度或增加右面輪子的速度，這樣就實(shí)現(xiàn)了向左轉(zhuǎn)向，而左右輪子的速度差不同，轉(zhuǎn)向的角度也不同。因此，轉(zhuǎn)向的角度可用速度差來(lái)控制。通過(guò)驗(yàn)證同樣的原理也適用于機(jī)器人走路。機(jī)器人在走路時(shí)多數(shù)是向一個(gè)方向偏離原定路線，可以用軟件來(lái)調(diào)節(jié)左右腿在邁步時(shí)的速度來(lái)調(diào)節(jié)機(jī)器人走路時(shí)的方向。
用這種方法去彌補(bǔ)因機(jī)械結(jié)構(gòu)造成機(jī)器人走路時(shí)偏離原定路線的缺陷，最終達(dá)到保持機(jī)器人在走路時(shí)的直線性。
用軟件來(lái)調(diào)節(jié)機(jī)器人左右腿在邁步時(shí)的速度是容易實(shí)現(xiàn)的。這種方法可以靠左右腿的速度差對(duì)機(jī)器人的行走路線進(jìn)行微調(diào)，全過(guò)程都是在走路行進(jìn)中進(jìn)行的，有利于走路速度的提高，并且不需改變重心，保證了穩(wěn)定性。
�。�2）翻跟斗的直線性調(diào)節(jié)，翻跟斗時(shí)偏離原定路線，主要是由于旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)不同軸，造成腳面無(wú)法放平在起身時(shí)腳面發(fā)生扭動(dòng)引起的。對(duì)于這一問(wèn)題，我們可以用軟件調(diào)節(jié)另一只腳對(duì)地的著力點(diǎn)，使機(jī)器人在起身時(shí)，兩只腳產(chǎn)生不同方向的扭力，來(lái)保證在起身時(shí)不發(fā)扭動(dòng)現(xiàn)象。
�。�3）重心位置的調(diào)節(jié)，機(jī)器人的重心位置是決定機(jī)器人運(yùn)動(dòng)時(shí)穩(wěn)定性的主要因素，對(duì)于競(jìng)步機(jī)器人，重心置于中心線偏下時(shí)有利于行走和向前翻跟斗。很多參賽者的機(jī)器人重心偏離中心線，首先要將重心調(diào)回中心線，我們可以用軟件適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)左右腿的高度，來(lái)保證重心位于中心線上。在走路和向前翻跟斗時(shí)，用軟件調(diào)節(jié)使機(jī)器人呈現(xiàn)半蹲的姿勢(shì)，這樣就會(huì)使重心置于中心線偏下的位置。增加了走路時(shí)和向前翻跟斗起身時(shí)的穩(wěn)定性。
4.結(jié)語(yǔ)
本文所介紹的用軟件來(lái)彌補(bǔ)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)缺陷的方法，是作者在參加全國(guó)機(jī)器人比賽（雙足競(jìng)步組）在調(diào)試時(shí)細(xì)心觀察并加以分析得出的，并應(yīng)用于比賽中，取得了很好的成績(jī) 。
本方法在不降低機(jī)器人整體比賽時(shí)間的前提下，對(duì)影響機(jī)器人運(yùn)行時(shí)直線性和穩(wěn)定性的因素進(jìn)行調(diào)節(jié)，很大程度上提高了機(jī)器人的直線性和穩(wěn)定性。但由于全過(guò)程都是通過(guò)更改軟件程序進(jìn)行調(diào)節(jié)，在每次調(diào)試前都要對(duì)機(jī)器人更新程序。因此增加了工作量和浪費(fèi)了調(diào)試時(shí)間，這一問(wèn)題有待改善。
參考文獻(xiàn)
[1] 中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)機(jī)器人競(jìng)賽工作委員會(huì)。第五分區(qū)賽［EB/OL］，2009.11.15.
[2] 趙振宏，肖田元。機(jī)器人制造單元的建模與分析方法研究[J].系統(tǒng)工程理論與實(shí)踐， 2001.11（11） ：20-24.
[3] 王明順。機(jī)器人程序設(shè)計(jì)中的狀態(tài)轉(zhuǎn)換方法[J].東北大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2008.29 （2）：166 -169.
[4] 格雷戈里·羅薩諾，湯青，李雄姿，孫云權(quán)，甘中學(xué)，托里尼·布羅加德，哈坎·布蘭 特馬克。用于對(duì)機(jī)器人應(yīng)用進(jìn)行校準(zhǔn)和編程的方法[P].中國(guó)專利：CN1802240，2006-07-12.
【基于軟件方面的機(jī)器人結(jié)構(gòu)缺陷彌補(bǔ)方法】相關(guān)文章：
基于軟件無(wú)線電的GPP通信波形軟件設(shè)計(jì)方法03-11
基于第五方物流理論的物流系統(tǒng)結(jié)構(gòu)探討03-28
基于模塊化設(shè)計(jì)的嵌入式軟件測(cè)試方法03-20
基于Matlab軟件讀取GPS標(biāo)準(zhǔn)格式Rinex文件的新方法11-22
法經(jīng)濟(jì)學(xué)研究方法的新思路-基于結(jié)構(gòu)方程模型的簡(jiǎn)介03-21
基于卷積曲面的臉部皺紋生成03-07
淺論畫(huà)面的結(jié)構(gòu)在作品中的意義03-19