8.6智能足球机器人系统的硬体结构.ppt

8.6.1硬体结构组成 一个完整的智能中型足球机器人就像一个正常的人，它是由若干个组成部分共同协调工作的有机体。同时，它应该具有视觉感知和思考决策的能力，并且能根据最终决策做出相应的运动。 第8章 机器人大赛 8.6 智能足球机器人系统的硬体结构 （1）视觉功能：采集实时的图像或视频信息。大多数队伍采用的是摄像机加全景镜结构； （2）计算机处理功能：完成对视觉系统采集到的信息进行处理，然后转化为决策指令。完成这部分功能的称为上位机，可以采用各类便携式计算机或嵌入式集成处理器； （3）底层控制功能：将上位机发送的决策指令转为运动控制信息，直接控制机械结构完成移动、踢球等任务。底层控制由微处理器（MCU）、数字信号处理器（DSP）、FPGA/CPLD芯片以及电机驱动等外围电路来完成； （4）执行器功能：由机械部分构成，完成智能中型足球机器人的移动、踢球等任务； （5）通信功能：完成和服务器计算机的无线通信以及智能中型足球机器人本体各部分的通信。 第8章 机器人大赛 8.6 智能足球机器人系统的硬体结构 8.6.2 机械结构 根据智能中型足球机器人的功能要求，虽然其外形各不相同，但其机械结构无非是由以下几部分组成的：移动平台、踢球机构和带球机构。 1. 移动平台 智能中型足球机器人要在足球场上完成找球、带球、射门等动作，而其基础就是智能中型足球机器人的自主移动。让智能中型足球机器人采取怎样的移动方式来完成这个任务呢？最有效的方法是采用多轮驱动。根据运动原理不同，又可以分为差动运动和全向运动两种方式。 第8章 机器人大赛 8.6 智能足球机器人系统的硬体结构 （1）差动运动方式 传统的轮式机器人就像汽车一样，一般采用差动运动方式，在平面内这是一种非常完整约束。差动运动轮系是由两个轴线平行的驱动轮以及一个或多个从动轮组成。通过控制两个驱动轮达到一定的速度，就可得到差动运动的效果 。 第8章 机器人大赛 8.6 智能足球机器人系统的硬体结构 8.6.2 机械结构 （2）全向移动方式 工业上有全方位的工业品传输系统和工厂全方位自动引导车，它们是全向运动方式。这种运动方式被引入智能中型足球机器人中，与传统的差动运动相比，这是一种比较先进的运动方式，发展成了全向移动平台。 第8章 机器人大赛 8.6 智能足球机器人系统的硬体结构 2．踢球机构 （1）电机弹簧式 为了把足球踢进球门，人们最容易想到的就是利用弹簧，先压缩然后释放，将球推进球门。实际使用时，电机弹簧储能释放式踢球机构用电机张紧弹簧来实现储能，要踢球时释放弹簧，带动踢球端面。大多数这种机构踢出的球力量很大，但速度难以控制，延时比较大，且电机工作效率极低。 第8章 机器人大赛 8.6 智能足球机器人系统的硬体结构 第8章 机器人大赛 8.6 智能足球机器人系统的硬体结构 日本Hibikino-Musashi队的电机弹簧踢球系统 第8章 机器人大赛 8.6 智能足球机器人系统的硬体结构 电机弹簧式踢球机构的电机工作状态 （2）电磁铁式 电磁铁式踢球机构如图所示，就是利用通电螺线管上加电，由于电磁感应原理产生磁力，推动踢杆将球踢出。其在控制踢球速度方面的灵活性高，如果设计和安装不合理，就容易导致螺线管内壁与磁性圆柱体踢杆之间存在很大的摩擦力，从而影响射门速度。通过计算机仿真优化电磁铁结构，可以使射出的球速达到12m/s。实际应用时，需要解决智能中型足球机器人内部的电磁干扰问题。现在，电磁铁式踢球机构使用最为广泛。。 第8章 机器人大赛 8.6 智能足球机器人系统的硬体结构 （3）飞轮式 如图所示，就是用电机通过带传动，带动飞轮进行高速旋转，存储动能。在需要射门时，通过飞轮与踢杆之间的摩擦，把能量传递给足球，将球踢出。其理论上能提供给足球至少96J能量，能使足球踢出速度达到14m/s。 第8章 机器人大赛 8.6 智能足球机器人系统的硬体结构 （4）汽缸式 汽缸式踢球机构如图所示，是以汽缸为执行元件的气动踢球系统。通过阀控制向汽缸通气的时间或气压，来实现对汽缸中活塞运动速度的控制。其控制精度较好，能达到比赛的要求。虽然机器人需携带占一定空间、预先充气的储气罐，但在实际使用中，一个充到1.6MPa压力的1.5L升储气罐的气压足够踢完一场比赛。1.5L的体积并不占很大空间，上述缺点是比较容易克服的。目前在国际上，以德国Brainstormers-Tribots和日本EIGEN为代表。在国内，上海大学在2007年首次使用了汽缸式踢球机构，之后上海交通大学在2008年也开始采用了汽缸式踢球机构。 可以看出，汽缸式踢球机构是一套比较合理的踢球机构，但在使用中存在耗气量与足球射程的矛盾，要将足球踢得远，选择汽缸口径就要相对大些，机器人携带的气就要多些。 第8章 机器人大赛 8.6 智能足球