CN2428191Y - 机器人足球比赛娱乐装置 - Google Patents

Abstract

一种机器人足球比赛娱乐装置,属于一种娱乐器械,由球台、裁判台、操纵杆、机器人和球构成。球台上布置有比赛场地,参加比赛的机器人和球均置于球台上的场地内,本实用新型可实现一对一、二对二的足球对抗赛,由于在机器人内部装有单片机组成的控制器,采用了双电机驱动双轮行走机构不仅可以迅速地进退,还可以灵活地左右转弯,其转弯半径可近似为零,因此行走快速灵活,可以形成激烈的对抗比赛场面,整机采用同频码分选址的通讯制式,保证了机器人足球比赛的可靠运行,解决了其他遥控车存在的同步干扰问题。

Description

机器人足球比赛娱乐装置

本实用新型属于一种娱乐器械，特别涉及一种娱乐场所用的机器人足球比赛装置。

目前，市场上只有功能简单的各种遥控车，只能做前进、后退、向左或向右等简单的动作，不能用于诸如模拟足球比赛等多车同台自由运动的场合，缺乏足够的趣味性和新颖性。

本实用新型的目的是提供一种可实现一对一、二对二的足球对抗赛，使机器人热和足球热融为一体的功能完善、性能稳定、安装简单、操作方便的机器人足球比赛装置。

本实用新型由球台、裁判台、操纵杆、机器人和球五部分构成。球台上布置有比赛场地，比赛场地的大小按实际足球场比例缩小，其四周布置有围墙，参加比赛的机器人和球均置于球台上的场地内，球台两端设有通讯电缆插座，操纵杆上的数据通讯电缆与球台两端的通讯电缆插座相联。球台两侧的任意一侧装有裁判台。操纵杆由手柄和三个按键以及内部电路组成，将机械运动转换成电信号，发出让机器人前进后退、左转弯及右转弯的控制命令；通过三个按键的动作，分别控制机器人加速、减速、停止。裁判台内部装有中央控制器和无线通讯发射器，裁判台上面依次布置有计时牌、计分牌和五个按键，裁判台可采集多个操纵杆的信息，控制多个机器人的自由运动，同时可接收裁判人员的各种命令；中央控制器由89c51单片机及相关接口电路组成；五个按键分别为启动、暂停、复位、甲方得分和乙方得分，裁判人员通过按键发出各种裁判命令。机器人由控制器、无线通讯接收器、双电机驱动双轮走行机构、电池盒、支架和支撑轮组成，无线通讯接收器将收到的命令送给控制器，控制器通过程序控制机器人在比赛场作相应的运动。球为高尔夫球。

本实用新型由于在机器人内部装有由单片机组成的控制器，采用了双电机驱动双轮行走机构不仅可以迅速地进退，还可以灵活地左右转弯，其转弯半径可近似为零，因此行走快速灵活，可以形成激烈的对抗比赛场面，这是目前其他遥控车无法比拟的。另外由于本实用新型的整机采用同频码分选址的通讯制式，保证了机器人足球比赛的可靠运行，解决了其他遥控车存在的同频干扰问题。

下面结合附图和实施例进一步叙述本实用新型的内容。

图1为本实用新型的整体结构示意图，

图2为本实用新型的操纵杆结构示意图，

图3为图2的B向视图，

图4为本实用新型的操纵杆手柄内部结构示意图，

图5为图4的A向剖视图，

图6为本实用新型的操纵杆的电路原理图，

图7为本实用新型的裁判台面板布置图，

图8为本实用新型的裁判台内部器件布置图，

图9为本实用新型的裁判台中央控制器的电路功能框图，

图10为本实用新型的裁判台中央控制器模拟量检测电路原理图，

图11为本实用新型的裁判台中央控制器键盘及显示接口电路原理图，

图12为本实用新型的裁判台控制程序框图，

图13为本实用新型的机器人结构示意图，

图14为图13的仰视图，

图15为本实用新型的机器人控制器平面分布图，

图16为本实用新型的机器人控制器电路功能框图，

图17为本实用新型的机器人控制器电路原理图，

图18为本实用新型的机器人控制器程序流程图，

图19为本实用新型的机器人串行接收中断服务程序流程图。

图中：1球台，2机器人，3裁判台，4操纵杆，5数据电缆，6数据电缆插座，7比赛场地，8围墙，9球，10操纵杆手柄，11停止按键，12减速按键，13加速按键，14数据电缆插头，15拔叉，16滑线电阻器，17滑线电阻器滑动端，18计时牌，19计分牌，20按键，21天线，22电源变压器，23中央控制器，24无线发射器，25裁判台用单片机89c51，26数据采集电缆插孔，27模拟量检测电路，28复位电路，29显示牌扫描驱动电路，30键盘接口电路，31支架，32支撑轮，33控制器，34无线接收器，35电机，36齿轮减速器，37主动轮，38电池盒，39机器人用单片机89c51，40地址编码电路，41左轮光电传感器，42计数器，43右轮光电传感器，44机器人自动复位电路，45驱动电路。

实施例：

如图1所示，由球台1，机器人2，裁判台3，操纵杆4和球9构成。在球台1上布置有比赛场地7，比赛场地大小按实际足球场地比例缩小，其四周布置有7cm高的围墙8；球台两端设有通讯电缆插座6，球台的一侧装有裁判台3。操纵杆如图2、图3、图4、图5所示：操纵杆是将手柄的机械运动按键的动作转换成电信号的装置，该电信号也称数据信息，通过数据电缆5传给裁判台的中央控制器。在操纵杆手柄10前后移动及左右旋转时，通过拔叉15带动两个滑线电阻器16的滑动端17动作，使其阻值发生变化，其中一个代表机器人进(或退)的速度给定值，另一个代表机器人左(或右)转角度的给定值。操纵杆上面的三个按键分别是11停止，12减速，13加速，触动任何一个键，操纵杆内部电路将均会产生相应的电信号输出。裁判台3由面板和内部电气装置构成，面板如图6所示，面板上依次布置有计时牌18，计分牌19和按键20。计时牌18实时显示比赛时间，采用5分钟倒计时方式，精确到秒；两块计分牌19分别采用两位数显示比赛双方的得分情况；五个按键20分别为启动、暂停、甲方得分、乙方得分、复位。裁判台3内部电气装置如图8所示：由电源变压器22，中央控制器23，无线发射器24及数据采集电缆插孔26组成。其中变压器变比为220∶7．5，功率为10瓦；中央控制器采用89c51单片计算机25为核心，配合必要的接口电路组成，接口电路如图9所示，包括：键盘接口电路30，模拟量检测电路27，显示牌驱动电路29，自动复位电路28，无线发射器电路29。其线路原理如图10、图11所示：模拟量检测电路27由集成电路U₃、U₅、U₆构成。其中U₆为模数转换芯片0809，可将8路模拟量转换成数字量，所述模拟量分别是4个操纵杆的手柄各带动2个滑线电阻所产生，共8路。由图中X1-1～X4-2端子引进，经0809转换成数字量以后，经数据线D₀～D₇传给89c51单片计算机，所述检测电路中的U₅为二进制分频电路，将单片机的ALE信号分频后为U₆提供时钟。所述电路中的U₃构成了89c51单片计算机对U₆的读写逻辑。复位电路28由C₃、R₄及U₃：A和U₄：A构成，其中：SB₁、R₃及U₃：A和U₄：A构成手动复位电路；U₂：A、U₂：B、U₃：A和U₄：A构成自动复位电路。通过上述措施，可以保证单片机在任何情况下正常工作。无线发射器采用进口无线通讯模块BIM-433，该模块为半双工无线通讯组件，工作频率433兆赫，所述机器人上面的无线接收器也是采用此模块。各操纵杆及裁判台的命令信息均通过无线发射器发送出去。

显示牌扫描驱动电路29由U₈、U₁₅、U₁₆、U₁₇构成。其中U₈为键盘显示器接口专用芯片8279，即可完成7段数码显示器的扫描显示，也可完成对键盘的扫描管理。由U₈的OUTB₀-OUTA₂输出数码显示器的字段信号经U₁₇驱动给到显示器的各字段引脚，由U₈的SLO-SL2给出三个扫描信号经3-8个译码电路生成8个位选信号经U₁₆驱动给到显示器的位选(即公共)端(本实施例只使用7个)。键盘接口电路30由U₈、U₉、U₁₀～U₁₄构成。U₉为3-8译码电路，U₁₀～U₁₄为数据缓冲器。由8279的SLO-SL2三根扫描线输出给U₉译码成8根输出作为U₁₀～U₁₄的片选信号，选通某个缓冲器、相应的数据信号(即键盘信息)则通过缓冲器回送给U₈的RL0-RL7端，由U₈的数据线D₀～D₇送交给89c51单片计算机。U₁₀～U₁₃各自管理一个操纵杆的按键信号，U₁₄管理裁判台面板按键信号。89c51单片计算机系intel公司产品属8位计算机，内部提供2个定时器，5个中断源，4k存贮空间，3个8位的I／O接口，1个串行口，指令功能强，用该单片机作为中央控制器的核心部件。

中央控制器的控制程序框图如图12所示。下面结合框图对控制程序作以简要说明。

初始化程序主要完成：

89c51单片计算机内部定时器工作方式设定，串行口工作方式设定，中断方式设定，对8279芯片的工作方式设定；

通过键盘接口电路，对裁判台面板上的按键动作信息进行采集；裁判台面板的启动键若动作则计时牌开始5分钟倒计时，若暂停键动作，则计时牌暂停计时，此时可进行得分累加工作，若暂停键再次动作，则计分牌接续计时；

启动键和暂停键又是对比赛起控制作用的按键，只要所述按键动作控制器将发出比赛开始或暂停的命令；

通过键盘接口电路采集各操纵杆的按键动作信息；

如果有按键动作，则通过串行发送命令程序发出相应的加速、减速、停止等命令；

通过模拟量检测电路采集各操纵杆手柄的动作信息，包括进、退、左转弯，右转弯等信息转换成左右轮速度的给定值，通过串行发送程序传送给相应的机器人；

通过无线发射器，把各操纵杆的命令信息及裁判台键盘的信息及时传送给各机器人；在串行发送程序中协议如下：

每帧数据由12个字节构成，每个机器人占3个字节，每个机器人的3个字节数据协议如下：

第一字节为机器人地址，

第二字节为机器人左轮速度，

第三字节为机器人右轮速度。

参照图13和图14，机器人的结构由控制器33、无线接收器34、双电机驱动双轮走行机构35、36、37，电池盒38、支架31和支撑轮32组成。其中双电机驱动双轮走行机构由电机35齿轮减速器36和主动轮37构成。电机35采用国产RF-300微型直流电机额定电压3V，额定转速2400转／分，齿轮减速比为6∶1；两个主动轮37安置在机器人主体左右两侧，为防止机器人倾斜，前后安置有支撑轮32；机器人主体为框架式结构，各部件通过螺钉固定在支架31上。电池盒38置于机器人中部位置，内装4节7号可充电电池。参照图15和图16，机器人控制器33采用89c51单片计算机39为核心，配置相关接口电路组成。

接口电路包括：无线接收器34、地址编码电路40、左轮光电传感器41、右轮光电传感器43、计数器42、驱动电路45及复位电路44。

下面结合附图15和图16简要介绍控制器技术实施。

无线接收器采用Metrix公司进口无线通讯模块，BIM-433。

地址编码电路40由电阻R₁-R₂和拔码开关S₁-S₂组成，通过拔码开关的不同组合可生成8个不同地址。该电路通过三棵口线与单电相连。光电传感器由V₁-V₄和4个反相器V₆构成。V₁、V₂及V₆：EU₆：F构成左轮速度检测，另一组部件构成右轮速度检测。V₁是红外发光管，轮子在转动过程中带动码盘转，所以V₂红外光敏管收到的是一串脉冲。该脉冲频率与轮子转动速度有关。此脉冲信号经反相器U₆整形得到矩形脉冲交计数器42。计数器42为计算机接口集成电路芯片8253。可对外部脉冲事件进行计数，该芯片通过数据总线D₀～D₇和必要的控制线与单片机相联接。复位电路44，由C₄、R₅、V_D1、V_D2、R₆、R₇、C₅构成。单片机初始上电或单片机一旦出现故障“死机”，则由该部分电路产生一高电平脉冲送单片机复位端，使单片计算机89c51复位。

驱动电路45由两个反相器U₃：F和U₃：A以及U₄构成，U₄是直流电机驱动专用集成电路芯片L298，其输入口通过四条口线与单片机相联，其输出口通过4棵线与两台电机相联，用此芯片可通过脉宽调制的办法对直流微电机进行调速。机器人控制程序如图18和图19所示：

初始化程序主要完成：

单片机内部定时器的工作方式设定，单片机内部串行口工作方式设定，中断方式设定，外部计数器8253工作方式设定；

控制周期为10ms，若10ms没到则返回起始处等待；

若10ms到，则采集左右轮速度的反馈值。指定单元中存放的是由串行通讯程序接收到的左右轮速度给定值；

得到了速度给定值和反馈值，对左右轮分别进行PID控制算法的运算。

将PID算法得到左右轮速度的控制量分别输出进行速度控制。

左右轮速的给定值是由串行中断服务程序完成，单片机接收到信息就响应中断，进入中断服务程序，首先将接到的第一字节与机器人本机地址比较是否相等，不等则不理会，相等则继续接收2个字节数据放到指定存贮单元。

使用本实用新型进行比赛时，裁判人员首先按动裁判台20上的启动键，计时牌18开始倒计时，这时甲乙双方比赛人员可分别通过操纵杆4，控制自己一方的机器人踢球；当其中一方的机器人将球踢进对方球门时，裁判人员则按动暂停键，计时牌暂停计时，并按动进球方的分数键，使进球方的计分牌19加分，然后将球9放回发球点，再次按动启动键，计时牌又开始倒计时，比赛继续进行，直到计时牌显示为零，裁判人员按动停止键，表示比赛终止，通过计分牌上甲、乙双方的得分确定比赛胜负。

Claims (6)

1、一种机器人足球比赛娱乐装置，由球台、裁判台、操纵杆、机器人和球构成，球台上布置有比赛场地，机器人和球均置于球台上的场地内，其特征在于球台两端设有通讯电缆插座，操纵杆上的数据通讯电缆与球台两端的通讯电缆插座相联；球台一侧装有裁判台，裁判台的数据采集电缆插孔也与球台两端的通讯电缆插座相联，操纵杆由内部电路、手柄和三个按键组成，将机械运动转换成电信号，通过数据电缆将电信号传给裁判台的中央控制器，在操纵杆手柄前后移动及左右旋转时，通过拔叉带动两个滑线电阻器的滑动端动作，使其阻值发生变化，其中一个代表机器人进或退的速度给定值，另一个代表机器人左或右转角度的给定值，操纵杆上面的三个按键分别是停止、减速、加速，触动任何一个键，操纵杆内部电路均会产生相应的电信号输出；裁判台由面板和内部电气装置构成，面板上依次布置有计时牌，计分牌和按键，裁判台内部电气装置由电源变压器，中央控制器，无线发射器及数据采集电缆插孔组成；裁判台可采集多个操纵杆的信息，控制多个机器人的自由运动，裁判台上五个按键分别为启动、暂停、甲方得分、乙方得分、复位，裁判人员通过按键发出各种裁判命令，中央控制器由89c51单片计算机及相关接口电路组成，无线发射器采用进口无线通讯模块BIM-433，各操纵杆及裁判台的命令信号均通过无线发射器发送出去，机器人由控制器、无线通讯接收器、双电机驱动双轮走行机构、电池盒、支架和支撑轮组成，无线通讯接收器将收到的命令送给控制器，控制器通过程序控制机器人在比赛场作相应的运动。

2、根据权利要求1所述的机器人足球比赛娱乐装置，其特征在于所说的裁判台内的中央控制器采用89c51单片计算机为核心，配合必要的接口电路组成，接口电路是：键盘接口电路，模拟量检测电路，显示牌驱动电路，自动复位电路，无线发射器电路，其中模拟量检测电路由集成电路U₃、U₅、U₆构成，其中U₆为模数转换芯片，可将8路模拟量转换成数字量，U₅为二进制分频电路，将单片机的ALE信号分频后为U₆提供时钟，U₃构成了89c51单片计算机对U₆的读写逻辑；复位电路由C₃、R₄及U₃：A和U₄：A构成，其中：SB₁、R₃及U₃：A和U₄：A构成手动复位电路，U₂：A、U₂：B、U₃：A和U₄：A构成自动复位电路；无线发射器电路采用无线通讯模块BIM-433；显示牌扫描驱动电路由U₈、U₁₅、U₁₆、U₁₇构成；其中U₈为键盘显示器接口专用芯片，由U₈的OUTB₀-OUTA₂输出数码显示器的字段信号经U₁₇驱动给到显示器的各字段引脚，由U₈的SLO-SL2给出三个扫描信号经3-8个译码电路U₁₅生成8个位选信号经U₁₆驱动给到显示器的位选端；键盘接口电路由U₈、U₉、U₁₀～U₁₄构成；U₉为3-8译码电路，U₁₀～U₁₄为数据缓冲器，由8279的SLO-SL2三根扫描线经U₉译码成8根输出线作为U₁₀～U₁₄的片选信号，选通某个缓冲器、相应的数据信号则通过缓冲器回送给U₈的RL0-RL7端，由U8的数据线D₀～D₇送交给89c51单片计算机，U₁₀～U₁₃各自管理一个操纵杆的按键信号，U₁₄管理裁判台面板按键信号。

3、根据权利要求1或2所述的机器人足球比赛娱乐装置，其特征在于所说的裁判台中央控制器的控制程序按以下步骤执行：

初始化程序主要完成：

89c51单片计算机内部定时器工作方式设定，串行口工作方式设定，中断方式设定，对8279芯片的工作方式设定；

通过键盘接口电路，对裁判台面板上的按键动作信息进行采集；

裁判台面板的启动键若动作时则计时牌5分钟倒计时，若暂停键动作，则计时牌暂停计时，此时可进行得分累加工作，若暂停键再次动作，则计分牌接续计时；

启动键和暂停键又是对比赛起控制作用的按键，只要所述按键动作控制器将发出比赛开始或暂停的命令；

通过键盘接口电路采集各操纵杆的按键动作信息；

如果某操纵杆有按键动作，则通过串行发送命令程序发出相应的加速、减速、停止等命令；

通过模拟量检测电路采集各操纵杆手柄的动作信息，包括进、退、左转弯，右转弯等信息并将该信息转换成左、右轮速度的给定值，通过串行发送程序传送给相应的机器人；

通过无线发射器，把各操纵杆的命令信息及裁判台键盘的信息及时传送给各机器人。

4、根据权利要求1所述的机器人足球比赛娱乐装置，其特征在于所说的机器人上所用的双电机驱动双轮走行机构是由电机、齿轮减速器和主动轮构成，两个主动轮安置在机器人主体左右两侧，前后安置支撑轮。

5、根据权利要求1所述的机器人足球比赛娱乐装置，其特征在于所说的机器人控制器采用89c51单片计算机为核心，配置相关的接口电路组成，这些电路包括：无线接收器、地址编码电路、左轮光电传感器、右轮光电传感器、计数器、驱动电路及复位电路；其中无线接收器采用无线通讯模块BIM-433；地址编码电路由电阻R₁-R₂和拔码开关S₁-S₂组成，通过拔码开关的不同组合可生成8个不同地址；该电路通过三棵口线与单片机相联；光电传感器由V₁-V₄和4个反相器V₆构成，V₁、V₂及V₆：EU₆：F构成左轮速度检测，另一组部件构成右轮速度检测，V₁是红外发光管，轮子在转动过程中带动码盘转，V₂红外光敏管收到的是一串脉冲，该脉冲频率与轮子转动速度有关，此脉冲信号经反相器U₆整形得到矩形脉冲交计数器；计数器为计算机接口集成电路芯片8253，该芯片通过数据总线D₀～D₇和必要的控制线与单片机相联接；复位电路由C₄、R₅、V_D1、V_D2、R₆、R₇、C₅构成；驱动电路由两个反相器U₃：F和U₃：A以及U₄构成，U₄是直流电机驱动专用集成电路芯片L298，其输入口通过四条口线与单片机相联，其输出口通过4棵线与两台电机相联。

6、根据权利要求5所述的机器人足球比赛娱乐装置，其特征在于机器人控制程序按以下步骤执行：

初始化程序主要完成：单片机内部定时器的工作方式设定，单片机内部串行口工作方式设定，中断方式设定；

外部计数器8253工作方式设定；

控制周期为10ms，若10ms没到则返回起始处等待；

若10ms到，则采集左右轮速度的反馈值；

指定单元中存放的是由串行通讯程序接收到的左右轮速度给定值；

得到了速度给定值和反馈值，对左右轮分别进行PID控制算法的运算；

将PID算法得到左右轮速度的控制量分别输出进行速度闭环控制；

左右轮速的给定值是由串行中断服务程序完成，单片机接收到信息就响应中断，进入中断服务程序，首先将接到的第一字节与机器人本机地址比较是否相等，不等则不理会，相等则继续接收2个字节数据放到指定存贮单元。

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