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基于軟件方面的機器人結(jié)構(gòu)缺陷彌補方法
1.引言
全國機器人大賽的比賽項目眾多，其中雙足競步組對參賽者的要求是以自主設(shè)計為主，其主要包括機械結(jié)構(gòu)部分，硬件電路部分和軟件部分。其中的難點是機械結(jié)構(gòu)部分的設(shè)計。
由于學(xué)生設(shè)計經(jīng)驗，操作技術(shù)水平和生產(chǎn)設(shè)備的限制。制作出來的部件很難符合設(shè)計的要求 ，這將對機器人的運行產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。本文主要針對競步交叉足機器人機械結(jié)部分存在的這一問題。把機械結(jié)構(gòu)部分與軟件部分相結(jié)合。用軟件部分設(shè)計的靈活性來彌補機械結(jié)構(gòu)部分設(shè)計時不可必免的缺陷。從而消除機械缺陷對機器人的影響，使機器人能夠運行的更加穩(wěn)定 。
2.機械結(jié)構(gòu)缺陷分析
通過觀察各參賽隊的機器人，作者發(fā)現(xiàn)各參賽隊的機器人都存在著一個普遍問題，在走路和翻跟斗時都會偏離原定路線很多。有的還會走出邊界，只好人為干預(yù)。這大大影響了比賽成績。經(jīng)過仔細(xì)觀察和分析作者得出其主要原因是機械結(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
機器人所用的無論是數(shù)字舵機還是普通舵機，大多數(shù)都是一面有軸，而另一面無軸。為了連接時的方便和增加旋轉(zhuǎn)時的機械強度，參賽者都會在無軸的一面人為的加上一段軸，再者就是在制作連接件時，由于參賽者的操作技術(shù)水平和生產(chǎn)設(shè)備的限制。會使連接件在打孔時中心不在一條直線上。這都將導(dǎo)致在旋轉(zhuǎn)時的不同軸問題。旋轉(zhuǎn)時的不同軸會使機器人存在很多缺陷，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)致在走路時向一個方向偏移。
②腳面無法放平，使腳面著力不均勻。使機器人在走路和翻跟斗起身時由于重心不穩(wěn)而摔倒。在翻跟斗起身時還會由于腳面沒有放平發(fā)生扭動，使機器人偏離原定路線。
�。�2）機械連接處松動
多數(shù)機器的舵機與連接件，連接件與連接件之間采用螺絲連接。這種連接方式在機器人運動時最容易產(chǎn)生松動。而這一點不易被參賽者發(fā)現(xiàn)。產(chǎn)生松動以后，將對機器人產(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)為是程序的問題，一味的去更改程序，至使這一問題越來越嚴(yán)重。
�。�3）重心偏移
機器人大賽中的競步機器人近似長方體形狀，重心應(yīng)位于幾何中心。然而由于設(shè)計的配重不 當(dāng)。往往使機器人的重心偏離幾何中心。這是導(dǎo)致走路和翻跟斗時不穩(wěn)的主要原因之一。
如果重心偏高，將使機器人在向前后翻跟斗起身時不穩(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，走路時會發(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，同時也影響走路時的直線性。使比賽無法順利完成。
3.缺陷軟件彌補方案
機器人機械結(jié)構(gòu)上的缺陷主要表現(xiàn)比賽時的直線性上，有很多參賽者采用校正的方法來解決機器人的直線性問題。具體實現(xiàn)方法是，在硬件電路上增加電子軟盤傳感器。在機器人運行前確定運行的方向，以后每走幾步就校正一次。校正時，讓一只腿腳部的舵機轉(zhuǎn)動，對地產(chǎn)生扭力使機器人轉(zhuǎn)向。這種校正方法無法保證轉(zhuǎn)向的角度，至使每次校正時都要轉(zhuǎn)向多次才能得到理想的角度。而在校正時重心會發(fā)生偏移，此時無法保證機器人自身的穩(wěn)定性，有摔倒的可能。而且這種的方法必須使機器人停下來進(jìn)行，這將影響比賽的時間，得不償失 。
作者要闡述的是用軟件來彌補機械結(jié)構(gòu)上的缺陷。來保證機器人在比賽時的直線性。與上述方法有很大的不同之處。具體有以幾點：
（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，走路時保持直線性對順利完成比賽非常重要。我們知道，有些四驅(qū)的玩具車并沒有舵機，而是靠左右兩面輪子的轉(zhuǎn)速不同來實現(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控制。通過驗證同樣的原理也適用于機器人走路。機器人在走路時多數(shù)是向一個方向偏離原定路線，可以用軟件來調(diào)節(jié)左右腿在邁步時的速度來調(diào)節(jié)機器人走路時的方向。
用這種方法去彌補因機械結(jié)構(gòu)造成機器人走路時偏離原定路線的缺陷，最終達(dá)到保持機器人在走路時的直線性。
用軟件來調(diào)節(jié)機器人左右腿在邁步時的速度是容易實現(xiàn)的。這種方法可以靠左右腿的速度差對機器人的行走路線進(jìn)行微調(diào)，全過程都是在走路行進(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，造成腳面無法放平在起身時腳面發(fā)生扭動引起的。對于這一問題，我們可以用軟件調(diào)節(jié)另一只腳對地的著力點，使機器人在起身時，兩只腳產(chǎn)生不同方向的扭力，來保證在起身時不發(fā)扭動現(xiàn)象。
�。�3）重心位置的調(diào)節(jié)，機器人的重心位置是決定機器人運動時穩(wěn)定性的主要因素，對于競步機器人，重心置于中心線偏下時有利于行走和向前翻跟斗。很多參賽者的機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，來保證重心位于中心線上。在走路和向前翻跟斗時，用軟件調(diào)節(jié)使機器人呈現(xiàn)半蹲的姿勢，這樣就會使重心置于中心線偏下的位置。增加了走路時和向前翻跟斗起身時的穩(wěn)定性。
4.結(jié)語
本文所介紹的用軟件來彌補機器人機械結(jié)構(gòu)缺陷的方法，是作者在參加全國機器人比賽（雙足競步組）在調(diào)試時細(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 。
本方法在不降低機器人整體比賽時間的前提下，對影響機器人運行時直線性和穩(wěn)定性的因素進(jìn)行調(diào)節(jié)，很大程度上提高了機器人的直線性和穩(wěn)定性。但由于全過程都是通過更改軟件程序進(jìn)行調(diào)節(jié)，在每次調(diào)試前都要對機器人更新程序。因此增加了工作量和浪費了調(diào)試時間，這一問題有待改善。
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