格鬥機器人閱讀報告

一、競賽介紹

格鬥機器人大賽是世界機器人大賽的五大賽事之一，也是國內機器人競賽最著名的品牌之一，迄今已吸引超過200餘所高校參加，參賽總人數超過3萬人。

二、競賽形式

機器人自主從斜坡登上6cm高的比賽場地，尋找對手並將對手打倒或者推下擂臺，在此過程中，如機器人倒下，可以自行站立繼續比賽;被推下擂臺，重新從斜坡出發比賽。

三、機器人要求

完整的機器人整體高度不低於500mm，重量不超過4kg,機器人的兩條手臂肩關節軸心距地面的高度不低於400mm。

比賽過程中，機器人的兩條手臂肩關節軸心距地面的高度不低於300mm。

比賽開始後，一方 10 秒沒有完成登臺，對方得 1 分，並以 10秒為單位繼續讀秒。

比賽中一方從非圍擋處掉下擂臺，對方得1 分。一方從圍擋處掉下擂臺時，如果對方也倒在擂臺上，對方得3 分；如果對方還站立在擂臺上，對方得5 分，掉臺的一方重新從對應斜坡上臺開始比賽。雙方先後掉下擂臺，都不得分，重新從對應出發區開始出發比賽。如果一方倒在擂臺上，對方得1 分，在此期間裁判繼續讀秒，並以每10秒得1 分，給對方加分，直至倒下的機器人站立起來。機器人倒下的一方也可以選擇重啟機器人，對方再加3 分。

四、產品介紹

UP-InnoSTARTM創意之星TM機器人套件是一套用於高等工程創新實踐教育的模組化機器人套件。是一套具有數百個基本“積木”單元的組合套件包。用這些“積木”可以搭建出各種創新、奇特、實用的機器人，並可為自己搭建出的機器人程式設計。

五、電機和舵機

機器人區別於計算機的一個重要特徵,就是機器人能夠運動。要運動就必須有動力部件,以及由這些動力部件驅動的結構。機器人的驅動子系統、感測子系統和控制決策子系統是一個機器人最基本的3個組成部分。

1、電機

（1）定義

電機是一種利用電能轉換或傳遞為機械能的電磁裝置。在電路中常用字母"M"（舊標準用"D"）表示。電機可以使用不同形式的動力源，如直流電、交流電、蓄電池等，不同型別的電機也有不同的工作原理和應用範圍。其中，採用直流電作為動力來源的電機稱為直流電機。直流電機工作原理是利用轉子上帶有的數個起電磁鐵的線圈，通電後與勵磁單元（如勵磁線圈或永磁體）的磁場作用而運動。通過按照合適的順序改變通電順序，實現轉子的運動並持續轉動。

（2）原理

直流電機裡邊固定有環狀永磁體，電流通過轉子上的線圈產生安培力，當轉子上的線圈與磁場平行時，再繼續轉受到的磁場方向將改變，因此此時轉子末端的電刷跟轉換片交替接觸，從而線圈上的電流方向也改變，產生的洛倫茲力方向不變，所以申機能保持一個方向轉動。

（3）直流電機的PWM調速

PWM的佔空比決定輸出到直流電機的平均電壓.

PWM不是調節電流的的意思是脈寬調節,也就是調節方波高電平和低電平的時間比,一個20%佔空比波形,會有20%的高電平時間和80%的低電平時間，而一個60%佔空比的波形則具有60%的高電平時間和40%的低電平時間，佔空比越大,高電平時間越長,則輸出的脈衝幅度越高,即電壓越高.如果佔空比為0%,那麼高電平時間為0,則沒有電壓輸出.如果佔空比為100%,那麼輸出全部電壓.

通過調節佔空比,可以實現調節輸出電壓的目的,而且輸出電壓可以無級連續調節.

2、舵機

（1）定義

舵機,顧名思義是控制舵面的電機。舵機的出現最早是作為遙控模型控制舵面、油門等機構的動力來源,但是由於舵機具有很多優秀的特性,在製作機器人時也時常能看到它的應用。

（2）舵機的PPM控制方法

舵機的控制訊號為週期是20ms的脈寬位置調製(PPM)訊號,其中脈衝寬度通常從0.5~2.5ms(也有少量型號的脈衝寬度範圍不一樣,為1.25~1.75ms),相對應輸出軸的位置0°~180°,呈線性變化。也就是說,給控制引腳提供一定的脈寬(TTL電平,0V/5V),它的輸出軸就會保持在一個相對應的角度上,無論外界轉矩怎樣改變,直到給它提供一個另外寬度的脈衝訊號,它才會改變輸出角度到新的對應位置上。

（3）舵機引數

（4）舵機的PWM控制方法

實際上,舵機的控制電路處理的並不是脈衝的寬度,而是其佔空比,即高低電平之比。以週期20ms、高電平時間2.5ms為例,實際上如果給出週期10ms、高電平時間1.25ms的訊號,對大部分舵機也可以達到一樣的控制效果。但是週期不能太小,否則舵機內部的處理電路可能紊亂;週期也不能太長,例如如果控制週期超過40ms,舵機就會反應緩慢,並且在承受扭矩的時候會抖動,影響控制品質。

（5）CDS55XX機器人舵機

CDS系列機器人舵機屬於一種集電機、伺服驅動、匯流排式通訊介面為一體的整合伺服單元,它可以工作在舵機模式和電機模式。舵機模式時,它可以在o°~300°的範圍內擺動;電機模式時,它可以像電機一樣整週旋轉。因此,cDS系列機器人舵機既具備舵機的效能,也具備電機的效能,既能用作機器人的關節,也可以用來驅動輪子,是一種擁有廣泛應用前景的執行機構。

（6）舵機引數

（7）CDS55xx機器人控制方法

CDS系列機器人舵機用程式程式碼對UART非同步序列介面迪行時序控制，實現半雙工非同步序列匯流排通訊，通訊速度可高達1Mbps，介面簡單、協議精簡。

（8）UART

UART作為非同步串列埠通訊協議的一種，工作原理是將傳輸資料的每個字元一位接一位地傳輸。

其中各位的意義如下:

起始位:先發出一個邏輯"O"的訊號，表示傳輸字元的開始。

資料位:緊接著起始位之後。資料位的個數可以是4、5、6、7、8等，構成一個字元。通常採用ASCIl碼。從最低位開始傳送，靠時鐘定位。

奇偶校驗位:資料位加上這一位後，使得"1"的位數應為偶數(偶校驗)或奇數(奇校驗)，以此來校驗資料傳送的正確性。

停止位:它是一個字元資料的結束標誌。可以是1位、1.5位、2位的高電平。由於資料是在傳輸線上定時的，並且每一個裝置有其自己的時鐘，很可能在通訊中兩臺裝置間出現了小小的不同步。因此停止位不僅僅是表示傳輸的結束，並且提供計算機校正時鐘同步的機會。適用於停止位的位數越多，不同時鐘同步的容忍程度越大，但是資料傳輸率同時也越慢。

空閒位:處於邏輯"1"狀態，表示當前線路上沒有資料傳送。

波特率:是衡量資料傳送速率的指標。表示每秒鐘傳送的符號數(symbol)。一個符號代表的資訊量(位元數)與符號的階數有關。例如資料傳送速率為120字元/秒，傳輸使用256階符號，每個符號代表8bit，則波特率就是120baud，位元率是120*8=960bit/s。這兩者的概念很容易搞錯。

（9）CDS55xx機器人控制方法

六、控制器

微控制器也被稱為微控制器(microcontroller),是因為它最早被用在工業控制領域。

微控制器技術是計算機技術的一個分支,是大量機器人系統的核心元件。

微控制器在軍事、工業、家用電器、智慧玩具、行動式智慧儀表和機器人制作等領域的廣泛應用,使產品功能、精度和質量大幅度提升,且電路簡單,故障率低,可靠性高,成本低廉。

1、標準版控制器引數

2、高階版控制器引數

3、高階版控制器特點

（1）高運算能力、低功耗、體積小。高階版控制器具備700MHz、32位的高效能嵌入式處理器和 Linux作業系統,運算處理能力強大,而功耗不到2W;體積小巧,可以直接放入仿人機器人體內。

（2）控制介面豐富。可以控制直流電機(須配合BDMC系列伺服驅動器);可以控制各種訊號的舵機(包括所有的傳統R/C舵機、博創出品的CDS55XX系列機器人舵機、韓國Robotis公司出品的OAX12+機器人舵機等);可以對機器人舵機進行調速、位置控制、力矩控制;可以同時控制近40路舵機電機。

（3）資料介面豐富。控制器具有16路12位精度的AD介面,還有RS232介面;溫度、光照、聲音、距離等感測器可以通過AD介面接入,語音、視覺感測器可以通過音訊介面、USB介面接入。

（4）通用的c語言程式開發方式。使用Keil開發環境,簡單易學,網上教程資源多。

七、感測器

機器人的感測子系統包括各種感測器，如紅外接近感測器、紅外線測距感測器和灰度感測器等。這些感測器通過感知外界的位置資訊、溫度、光線、聲音、顏色、形狀等資料，並將其轉換成電訊號進行處理和識別，最終作為控制機器人行為的依據。它們在機器人的自主導航、目標識別、物體抓取等方面有著重要的應用，同時安裝也相對簡便。

另外，除了感測器本身外，感測子系統還需要包含一系列相關的電路和處理器件，如模擬訊號轉換器、數字訊號處理器、微處理器等，用於對感測器採集的訊號進行轉換、濾波、放大等處理，從而生成機器人可用的數字訊號。此外，感測子系統還需要相關的軟體演算法和控制邏輯，用於將感測器採集的資料轉化為控制機器人行為的指令，以最優的方式完成各種任務。綜上所述，感測子系統在機器人中的作用十分關鍵，其穩定性、精準度和實時性直接影響機器人的效能和應用範圍。

八、總結

格鬥機器人是一種模擬人類拳擊、摔跤、接力等搏擊運動的機器人，通常由機械支架、電子控制系統、感測器和執行機構等組成。格鬥機器人的目的在於切磋技巧，娛樂觀賞和展示科技水平。該機器人需要具備高強度、高速度、高靈活性、高精度等特點，通過計算機控制和感測器檢測，能夠進行手、腿、頭、身體等各種部位的動作控制和響應。格鬥機器人的研發和製造涉及多個學科領域，包括機械製造、電子工程、控制工程、材料科學等，應用在多個領域中，如娛樂、教育、訓練和軍事等。隨著人工智慧和機器學習技術的不斷髮展，格鬥機器人的智慧化和自主化程度將會有所提高，未來有望成為一種具備更廣泛應用價值的機器人型別。