CN201959539U - 机器人pk系统 - Google Patents

Abstract

一种机器人PK系统，包括机器人PK擂台和机器人；该机器人PK擂台的中部设有搏击区，为圆形太极图案，搏击区的周围设置进场区，进场区设有多个跑道，各跑道与进场区中跑道以外的部分形成对比色；机器人包括由光电传感器和比较器构成的寻迹模块、触碰传感器、单片机、驱动模块和机器人本体，光电传感器发射光信号，同时接收反射的光信号后输入比较器，比较器输出至单片机，单片机与触碰传感器相连，单片机的控制信号输出端与驱动模块的信号输入端相连，通过驱动模块控制机器人本体的动作。本实用新型将机器人自主运行与遥控操作相结合，形成二级控制系统，具有操作灵活和成本低廉的优点。

Description

机器人PK系统

技术领域

本实用新型涉及一种搏击系统，尤其是用于机器人擂台比武赛的系统，具体地说是一种机器人PK系统。

背景技术

随着科技的发展，现代化的应用，人类不断的超越。机器人技术又成为了现在生活中的一支独秀！它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。机器人技术是20世纪人类最伟大的发明之一，自60年代初问世以来，经历40多年的发展已取得长足的进步。工业机器人在经历了诞生–成长–成熟期后，已成为制造业中不可缺少的核心装备，世界上有约75万台工业机器人正与工人朋友并肩战斗在各条战线上。特种机器人作为机器人家族的后起之秀，由于其用途广泛而大有后来居上之势，仿人形机器人、农业机器人、服务机器人、水下机器人、医疗机器人、军用机器人、娱乐机器人等各种用途的特种机器人纷纷面世，而且正以飞快的速度向实用化迈进。

我国的机器人专家从应用环境出发，将机器人分为两大类，即工业机器人和特种机器人。所谓工业机器人就是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。而特种机器人则是除工业机器人之外的、用于非制造业并服务于人类的各种先进机器人，包括：服务机器人、水下机器人、娱乐机器人、军用机器人、农业机器人、机器人化机器等。在特种机器人中，有些分支发展很快，有独立成体系的趋势，如服务机器人、水下机器人、军用机器人、微操作机器人等。

目前，在机器人的工业化应用中，工厂、机器人比赛、码头，仓库，管道铺设等许多方面均具有很大的发展。尤其是在机器人擂台比武赛研究方面具有很好的发展前景；现有的机器人PK系统通常没有融入中国文化元素，不能很好适应教学系统要求，比赛的趣味性不够，通常为单级控制系统，智能化程度低，发展停滞不前。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有的机器人PK系统通常是由选手采用遥控器遥控机器人的行走、搏击等操作，智能化程度低；通常没有融入中国文化元素，不能很好适应教学系统要求，比赛的趣味性不够的问题，提出一种机器人自主行走、搏击的智能化机器人PK系统。

本实用新型的技术方案是：

一种机器人PK系统，它包括机器人PK擂台和机器人；

该机器人PK擂台的中部设有搏击区，搏击区的周围设置进场区，进场区设有多个跑道，各跑道与进场区中跑道以外的部分形成对比色；

机器人包括由比较器和光电传感器构成的寻迹模块、触碰传感器、单片机、驱动模块和机器人本体，所述的光电传感器作为寻迹模块的光信号收发端即机器人的光信号收发端发射光信号，同时接收通过机器人PK擂台反射的光信号，光电传感器的信号输出端与比较器的信号输入端相连，比较器的信号输出端作为寻迹模块的信号输出与单片机的寻迹信号输入端相连，单片机的触碰信号输入端与触碰传感器的信号输出端相连，触碰传感器作为作机器人的触碰信号接收端感知触碰信号，单片机的控制信号输出端与驱动模块的信号输入端相连，通过驱动模块控制机器人本体的动作。

本实用新型的机器人PK擂台进场区的周围还设有擂鼓区。

本实用新型的机器人的底部设有五个光电传感器，呈一字型均匀排布。

本实用新型的光电传感器包括发光二极管和接收管，所述的发光二极管用于发射光信号，光信号在外界遇物体反射后由接收管接收反射光信号。

本实用新型的发光二极管为红外发光二极管或激光二极管。

本实用新型的触碰传感器为触碰开关。

本实用新型的机器人还包括无线遥控模块，由解码电路和接收电路组成，接收电路用于接收机器人无线遥控器的遥控信号，接收电路的信号输出端与单片机的遥控信号输入端相连，解码电路与单片机双向连接。

本实用新型的机器人PK擂台的机器人PK擂台外轮廓为双实线，搏击区为圆形太极图案，连接搏击区与外轮廓的跑道为均匀的放射线。

本实用新型的机器人PK擂台的进场区中跑道为白色，跑道以外区域为绿色。

本实用新型的有益效果：

本实用新型自主运行与遥控操作相结合，让机器人可以多种方式巡逻，多种搏击模式，增强了机器人的安全使用与多样化。在自主运动的基础上加了无线遥控系统，无线遥控时可以实现前进、后退、转圈和攻击等功能。

本实用新型的光电传感器使用发光二极管和接收管组合；尺寸小，质量轻，能有效的抗可见光波段的伪装，对辅助装置要求最少，对人眼无伤害，抗干扰能力强，使其更加的绿色环保，有待与后期的开发。

本实用新型的操作简单、成本低廉，有助于比赛选手的合理消费和使用。

本实用新型在机器人的寻迹中，采用较普遍的光电传感器充当视觉系统，即利用光在不同颜色的物体表面具有不同的反射性质的特点，在机器人行驶过程中不断地向地面发射光信号，当光遇到白色纸质地板即空白场地时发生漫反射，反射光被装在机器人上的接收管接收；如果遇到黑线则光被吸收，机器人上的接收管接收不到光。单片机就是否收到反射回来的光为依据来确定黑线的位置和机器人的行走路线。通过编程来控制机器人沿着设定的轨迹前进。当然，使用的传感器个数不同或者排布方式不同，具体的软件设计方案也不同，达到的效果也有差异。

本实用新型的触碰传感器为触碰开关，用碰撞传感器检测敌方的位置。当发生攻击动作时，两个机器人发生碰撞，会触动触碰开关，给单片机高电平，从而使单片机控制通过驱动电路驱动电机转动，使机器人的武器系统（如抓斗车的抓斗，坦克的旋转炮台）做出相应的动作。

附图说明

图1是本实用新型的原理框图。

图2是本实用新型的机器人PK擂台的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

一种机器人PK系统，它包括机器人PK擂台和机器人；

该机器人PK擂台的中部设有搏击区，呈太极形，搏击区的周围设置进场区，进场区标有乾“≡≡”和坤“≡ ≡”的符号，各跑道与进场区区中跑道以外部分形成对比色；如图2所示，跑道以白色为例，跑道以外区域以绿色为例。

本实用新型机器人PK擂台进场区的周围还设有擂鼓区。

如图1所示，机器人包括由光电传感器和比较器以及A/D转换模块构成的寻迹模块（型号可为TCRT5000光电对管）、触碰传感器（触碰开关）、单片机（型号可为AT89S52）、驱动模块（型号可为L298N）和机器人本体，所述的光电传感器作为寻迹模块的光信号收发端即机器人的光信号收发端发射光信号，同时接收通过机器人PK擂台反射的光信号，光电传感器的信号输出端与比较器的信号输入端相连，比较器的信号输出端作为寻迹模块的信号输出与单片机的寻迹信号输入端相连，单片机的触碰信号输入端与触碰传感器的信号输出端相连，触碰传感器作为作机器人的触碰信号接收端感知触碰信号，单片机的控制信号输出端与驱动模块的信号输入端相连，通过驱动模块控制机器人本体的动作。

本实用新型的光电传感器可以为五个，呈一字型均匀排布在机器人本体的前方，与机器人行动路线垂直。

方案一：“一”字形布局

在“一”字形中传感器的间隔通常采取的是均匀布局。考虑到拐角和线之间的间距，均匀布局的理论依据是等间距分布原则，即先确定合适的定点，从顶点依次等距离排开，传感器水平线相交的位置即为传感器的位置。这种方案信息检测相对连贯，准确，使控制程序算法简单，车运行连贯，稳定。

方案二：3 1 3形布局

这种方案的优点在于拓宽了边沿传感器的检测范围，更适合于小车快速行进中的弯道检测，但相对“一”字形布局来说，3 1 3形布局不利于小车的安装，易于产生振荡，不利于小车行驶的稳定。

本实用新型的光电传感器包括发光二极管和接收管，所述的发光二极管用于发射光信号，光信号在外界遇物体反射后由接收管接收反射光信号。

本实用新型的发光二极管为红外发光二极管或激光二极管。

探测跑道黑线的原理大致是：光线照射到路面并反射，由于黑线和白纸的反射系数不同，可根据接收到的反射光强弱判断是否到达黑线。一般可采用以下几种方案：

方案—：红外发光二极管与光敏三极管组成的发射—接收电路。

方案二：使用红外发光二极管和接收管组合。由于红外光波长比可见光长，因此受可见光的影响较小。同时红外系统还具以下优点：尺寸小，质量轻，能有效的抗可见光波段的伪装，对辅助装置要求最少，对人眼无伤害。成本低廉。

方案三：利用激光二极管和接收管组合，精度高，但成本较高。

通过对比，在这次设计中由于是近距离探测，采用方案二来完成数据采集较为合适。

本实用新型的触碰传感器为触碰开关，用碰撞传感器检测敌方的位置。攻击正是本次设计擂台比武机器人和其他寻迹小车的不同之处，当两个机器人发生碰撞时，会触动触碰开关，给单片机高电平，从而使单片机控制通过驱动电路驱动电机转动，使机器人的武器系统（抓斗车的抓斗，坦克的旋转炮台）做出相应的动作。本次设计简单，只加入了一个触碰开关，只有当碰撞到触碰开关时才可触发攻击动作。

本实用新型的机器人还包括无线遥控模块，由发射电路、 解码电路和接收电路组成，发射电路和接收电路分别用于发射和接收机器人无线遥控器的遥控信号，发射电路的信号接收端与单片机的遥控信号输出端相连，接收电路的信号输出端与单片机的遥控信号输入端相连，解码电路与单片机双向连接。

在机器人的寻迹中，该设计以较普遍的红外光电传感器充当视觉系统为例，即利用红外线在不同颜色的物体表面具有不同的反射性质的特点，在机器人行驶过程中不断地向地面发射红外光，当红外光遇到白色纸质地板时发生漫反射，反射光被装在机器人上的接收管接收；如果遇到黑线则红外光被吸收，机器人上的接收管接收不到红外光。主要通过五组红外光电传感器探测黑线，将光信号转换成电信号，再由单片机进行信号处理。由于共使用五组电阻，每个传感器会探测到黑线，也会探测到白色场地。

该设计主要完成机器人的运动控制。具体包括机器人的寻迹，无线遥控实现左转，右转，后退，前进，停车等。机器人的寻迹是指在以白色为底色，黑为跑道的场地上，检测到出发区后，能够自主地沿着黑色的跑道行驶，一旦有偏离跑道的趋向，就作相应的调整，保持一种沿轨道移动的状态。左转，右转则主要用于切换不同的跑道行驶。旋转一周主要用于击鼓亮相。继而比赛。

具体实施时：

以AT89S52作为擂台比武机器人的控制核心，采用反射式红外光电传感器作为采集外界环境信号的装置，采用L298N驱动的直流电机作为整个寻迹机器人的驱动装置。机器人除了在白底黑线的行车环境沿着黑线前进外，还可以在碰撞时模拟攻击。为了增加趣味性，本设计在自主运动的基础上加了无线遥控系统，无线遥控时可以实现前进、后退、转圈和攻击等功能。

电源部分：系统采用单电源供电电路时比较简单，但是考虑到电动机起动瞬间电流很大，会造成电源电压不稳，影响单片机和输入电路工作的稳定性和可靠性，因此采用双电源供电方案。将电机电源和单片机电源完全隔离。单片机以及传感器电路使用5V 供电，电动机使用12V 供电。提高电动机的供电电压，可以提高机器人的运行速度，从而可以提高比赛的成绩。此外，我们有个三端固定稳压器7812电路设计适用于各种电源稳压电路。输出稳定性好、使用方便、输出过流、过热自动保护。

电机驱动：机器人需要控制在一个合适的速度行驶，在寻找对手的过程中既要以较快的速度找到对手，又要防止因为速度过快导致刹车失误，因此机器人的速度是有两只直流电机控制。L298驱动芯片是性能优越的小型直流电机驱动芯片之一。它可被用来驱动两个直流电机或者是双极性步进电机。在6—46V 的电压下，可以提供2A 的额定电流。L298 还有过热自动关断功能，并有反馈电流检测功能。

在机器人中我们采用脉宽调制方式来调整电机的转速和转向，脉宽调制时通过改变发出的脉冲宽度来调节输入到电机的平均电压，也就是机器人提供给电机的信号是方波，通过不同方波的平均电压不同来改变电机转速。 　　在机器人的控制中，传感器就是机器人的眼睛和耳朵，机器人的所有行动都要通过传感器来反馈给机器人，从而让机器人能够正确合理的进行一系列的操作。在擂台机器人的设计中，因为首先要保证自己在场地上能够自如的运动，因此要用到灰度传感器来识别地面的颜色，使自己能够安全的在场上寻找对手而不掉下场地。这样可以达到精确的定位，左右的测距传感器能够让机器人感知对手从而立刻调整方向攻击对手。 　　由于擂台机器人剧烈的运动和碰撞的因素，传感器的信号要进行很好的处理，才能达到精确的运算功能，这里我们采用了二阶有源滤波来实现对传感器信号的硬件处理。

我们的机器人是在坦克履带+旋转炮台和四轮左右驱动+抓斗型两辆车基础上改进实现的。为了增加机器人的稳定性，把机器人的重心降得尽可能低。机器人应轻巧灵活，前进、后退、转动动作应自如流畅，并具有较快的行进速度；同时，双方由于双方机器人在攻防过程中将发生激烈的冲撞，进行制约与反制约的较量，我们的机器人在结构设计上引用了履带和四轮两种结构设计，采用独立驱动协调控制转弯和运动的方案，根据光电传感器实时检测到的黑线决定随后的驱动走向，用碰撞传感器检测敌方的位置，控制程序依此来决定攻击或是向中心区域逼近。主板芯片及传感器部分采用DC5V电源供电，电机驱动部分采用DC7.2V电源供电．以此来增大电机的转速和对敌方的攻击力度。

本实用新型未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (1)

1.一种机器人PK系统，其特征是它包括机器人PK擂台和机器人；

机器人包括由比较器和光电传感器构成的寻迹模块、触碰传感器、单片机、驱动模块和机器人本体，所述的光电传感器作为寻迹模块的光信号收发端即机器人的光信号收发端发射光信号，同时接收通过机器人PK擂台反射的光信号，光电传感器的信号输出端与比较器的信号输入端相连，比较器的信号输出端作为寻迹模块的信号输出与单片机的寻迹信号输入端相连，单片机的触碰信号输入端与触碰传感器的信号输出端相连，触碰传感器作为作机器人的触碰信号接收端感知触碰信号，单片机的控制信号输出端与驱动模块的信号输入端相连，通过驱动模块控制机器人本体的动作。

2、根据权利要求1所述的机器人PK系统，其特征是机器人的底部设有五个光电传感器，呈一字型均匀排布。

3、根据权利要求1所述的机器人PK系统，其特征是所述的光电传感器包括发光二极管和接收管，所述的发光二极管用于发射光信号，光信号在外界遇物体反射后由接收管接收反射光信号。

4、根据权利要求3所述的机器人PK系统，其特征是所述的发光二极管为红外发光二极管或激光二极管。

5、根据权利要求1所述的机器人PK系统，其特征是所述的触碰传感器为触碰开关。

6、根据权利要求1所述的机器人PK系统，其特征是所述的机器人还包括无线遥控模块，由解码电路和接收电路组成，接收电路用于接收机器人无线遥控器的遥控信号，接收电路的信号输出端与单片机的遥控信号输入端相连，解码电路与单片机双向连接。

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