足球机器人带球机构的优化设计

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1、摘要：为了使足球机器人在运动时不必绕行对方球员而将球挑起传递给己方球员，根据所建的挑球机构模型，对挑球机构的动力学模型作详细的分析，并在Pro/E中采用斜函数法，对挑球点的速度、加速度、位移等参数进行分析，得出挑球时的最佳初始角度。通过软件分析与数据实验相结合，将该结论应用到足球机器人的设计中，使机器人的挑球性能大大提高。中国论文网　　Abstract：Inordertomakethesoccerrobotdon'thavetocircumventtheotherplayersandtheballwillbestarttransfertomyteammates，themodelofthe

2、mechanicsissetup，andtheObliquefunctionisusedinPro/E，atthesametime，analysisthespeed，accelerationanddisplacementofthepickpoint，thedynamicsmodelneedtocarrythefurtheranalysis，thebestinitialanglehasbeenproved.Throughthesoftwareanalysisandcombiningthedataexperimentshowthatthepickperformanceoftherobotis

3、greatlyimprovedwhiletheresultsareappliedintotherobot'sdesign.　　关键词：机器人；RoboCup；挑球机构；Pro/E　　Keywords：robot；RoboCup；picktheballmechanism；Pro/E　　中图分类号：TP31文献标识码：A文章编号：1006-4311（2013）06-0160-02　　0引言　　随着科学技术的发展，机器人也开始向智能化发展，机器人足球问题已经成为当前机器人学、人工智能和计算机控制领域研究的热点问题。Robocup中型组足球机器人系统是典型的多智能体系统（MultiagentSy

4、stem）[1-2]。每对的两个机器人通过彼此间的相互合作来完成给定的任务。机器人的整个工作环境是一个动态变化的，而且在场的各个机器人的动作是不可预测的，这就要求机器人球员不仅能准确的控球，而且还要求机器人球员能够准确传球。这对移动机器人来说，必须保证其自身具有良好地稳定性、高清的图像处理能力、先进的传感技术和人工智能系统。许多球队一直致力于对机器人整体性能的研究，以便为提高算法和策略的有效性提供一个理性的执行体。　　国内很多高校都一直致力于对足球机器人的研究，以中型组为例，我校的研究成果比较突出。本文介绍一种典型的中型组机器人机构的设计思路和方法。　　1现有技术的研究　　1.1根据挑球

5、方式的不同，可分为以下两种方式：①低点击球。在击球过程中，应将击球杆的位置与球的底面相接触，这样做一方面有利于球能够沿着弧线轨迹运行跨过障碍物，另一方面也能够保证在挑球的过程中系统的能量损失是最小的。目前世界冠军组卡内基梅隆大学采用的就是低点击球方法，但是它对挑球电磁铁的型号、规格等都有很高的要求，否则在有限的空间内很难将其放入车体中。②杠杆式击球。利用杠杆平衡的原理将球挑起。系统的动力源由电磁铁提供。选择一个合适的点作为杠杆和球的支点，这个点必须对挑球出射角度、挑球最大高度和挑球最远距离都有严格要求。目前中国科学技术大学、东北大学、浙江大学等学校都采用这种方法挑球，效果比较明显，但由于

6、空间的局限性，对机构的整体设计是一大挑战。　　1.2根据驱动方式的不同，可分为以下三种方法：　　①弹簧蓄能型。由于储能速度慢，所需要的空间较大，难以适应比赛的要求，所以各队几乎都不再使用[3-6]。　　②储气瓶型。随着比赛时间的进行，使气体消耗从而导致出力不足，同时影响比赛的进程，所占据的空间也比较大，所以各队也很少使用。　　③电磁铁驱动型。在击球过程中能量基本是恒定的，而且操作方便，所需空间小，所以被绝大多数球队所采用。　　2挑球机构的受力分析　　挑球机构动力学模型如图1。　　挑球动力学方程：　　mvx1-mvx0=Ix（1）　　mvy1-mvy0=Iy（2）　　假设挑球的高度是h，挑

7、球距离是s，根据公式　　vy=■vx=vy/tgαvy=gts=vx.t′（3）　　其中t′=2t　　可以得到：　　v■=■■（4）　　于是总动量：　　I=mv=■=■=■（5）　　根据动量守恒定理得：　　Ft=I（6）　　在运动中考虑到机械损失，需要选取一个机械效率系数η，从而计算出电磁铁的吸力应为：　　F=I/tη（7）　　综合上式，求出挑球时的最佳初始角：　　α=arctgv■/v■=arctg■（8）　　从上式可以看出，挑起