機(jī)器人大賽

世界機(jī)器人大賽技術(shù)挑戰(zhàn)賽機(jī)器人的策略研究與實(shí)現(xiàn)

張永清;俞濤;趙志航;李博宇;郭成帥;馬立勇

【摘要】針對世界機(jī)器人大賽中技術(shù)挑戰(zhàn)賽機(jī)器人,重點(diǎn)對機(jī)器人的物體定位及自

身導(dǎo)航作了探討與研究.為此類機(jī)器人的開發(fā)與研究提供了可行性方案.%Inthis

paper,theobjectlocationandlf-navigationofrobotsaremainly

discusdandstudied,aimingattherobotsintechnologychallengeofthe

WorldRobotCompetition,whichprovidesafeasibleschemeforthe

developmentandrearchofthiskindofrobot.

【期刊名稱】《河北建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)》

【年(卷),期】2018(036)004

【總頁數(shù)】7頁(P91-97)

【關(guān)鍵詞】技術(shù)挑戰(zhàn)賽;擬人雙臂機(jī)器人;機(jī)器人定位導(dǎo)航

【作者】張永清;俞濤;趙志航;李博宇;郭成帥;馬立勇

【作者單位】河北建筑工程學(xué)院,河北張家口075000;河北建筑工程學(xué)院,河北張

家口075000;河北建筑工程學(xué)院,河北張家口075000;河北建筑工程學(xué)院,河北張

家口075000;河北建筑工程學(xué)院,河駙馬爺 北張家口075000;河北建筑工程學(xué)院,河北張

家口075000

【正文語種】中文

【中圖分類】TP24

0引言

世界機(jī)器人大賽是由工業(yè)和信息化部、中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會、北京市人民政府共同主

辦，中國電子學(xué)會等單位承辦的機(jī)器人領(lǐng)域的世界頂級賽事.作為大賽極具看點(diǎn)的

格斗機(jī)器人大賽，是沿襲高校的中國機(jī)器人大賽機(jī)器人武術(shù)擂臺賽，并在世界機(jī)器

人大賽中延伸到中小學(xué)，分為大學(xué)組、中學(xué)組和小學(xué)組.本賽事涉及控制技術(shù)，感

知技術(shù)，語音識別，顏色識別等機(jī)器人領(lǐng)域的前沿技術(shù)，通過多次試驗(yàn)與計(jì)算，我

們研究開發(fā)出了一套關(guān)于技術(shù)挑戰(zhàn)賽機(jī)器人的策略、算法及程序設(shè)計(jì)，為此類機(jī)器

人的研究與開發(fā)提供了可行方案.

1研究背景及意義

本課題基于世界機(jī)器人大賽中的技術(shù)挑戰(zhàn)賽機(jī)器人，主要探討機(jī)器人的物體定位及

自身導(dǎo)航技術(shù).

定位是移動機(jī)器人研究的重要方向，也是機(jī)器人導(dǎo)航最基本的環(huán)節(jié)，對于提高機(jī)器

人自動化及智能化水平具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值.對于機(jī)器人來說，對位姿

的檢測和確定就像人類總要知道自己身處何地一樣重要，機(jī)器人只有知道了自己與

某目標(biāo)物體的相對位置，才能準(zhǔn)確執(zhí)行對這一目標(biāo)物體的各種操作.

機(jī)器人在比賽過程中，高達(dá)壁紙 要搜索并定位白色柱子、綠色柱子、藍(lán)色物塊等目標(biāo)對象并

自主移動到合適的位置，這都需要機(jī)器人的物體定位及自身導(dǎo)航技術(shù).

2定位方法分析及選擇

目前機(jī)器人的定位方法可以分為兩大類(見圖1)：絕對定位和相對定位.相對定位又

稱為局部位置跟蹤，指機(jī)器人以自己當(dāng)前位置為初始位置來確定下一步的位置，是

機(jī)器人定位處理過程中最廣泛研究的領(lǐng)域.絕對定位又稱為全局定位，要求機(jī)器人

以給定的位置為初始位置來確定自己的位置.

相對定位方法在短時間內(nèi)定位精度高并且穩(wěn)定性較好，但測量誤差會隨著時間和距

離不斷累積，最終會超出定位誤差允許的范圍，導(dǎo)致定位失敗；而絕對定位方法的

測量誤差在時間和空間上具有相偏回歸系數(shù) 互獨(dú)立性，它不會隨著時間而累積，但容易受到噪

聲、信號、環(huán)境等外界因素的干擾，短時間波動較大，定位的實(shí)時性也不是很好.

移動機(jī)器人定位方法

圖1移動機(jī)器人定位方法

由于比賽時間和行走距離都比較短，所以我們主要使用在短時間內(nèi)定位精度高并且

穩(wěn)定性較好的相對定位法，輔助使用絕對定位法.

4數(shù)學(xué)模型

圖2極坐標(biāo)模型示意圖

由于機(jī)器人是在擂臺所在平面運(yùn)動，所以可忽略Z軸方向，選用平面坐標(biāo)系.為方

便路線規(guī)劃及程序編寫，選用極坐標(biāo)系優(yōu)于笛卡爾坐標(biāo)系(見圖2).

如圖2所示，以機(jī)器人為極坐標(biāo)的極點(diǎn)O，以機(jī)器人當(dāng)前正對方向?yàn)闃O軸正方向.

在紅外傳感器定位系統(tǒng)中，極角與極徑分別由安裝在機(jī)器人底盤前方的5個

紅外光電傳感器和1個紅外測距傳感器測得.

在顏色識別定位系統(tǒng)中，極角與攝像頭返回的所標(biāo)定顏色的像素點(diǎn)中心有關(guān)，

但在控制過程中不是直接使用極角，而路有凍死骨 是使用該中心點(diǎn)在機(jī)器人視野坐標(biāo)系中

的x坐標(biāo)值.如圖3，通過判斷像素中心區(qū)域坐標(biāo)與視野中心坐標(biāo)的大小關(guān)系來確

定目標(biāo)對象的方位角(極角).

圖3方位角(極角)示意圖

極徑由返回的有效像素點(diǎn)數(shù)M與視野窗口像素M0的比值確定.視野窗口的像素

為240320，則可得：M0=240320

5定位策略

圖4前方5個傳感器布置圖

根據(jù)定位方法及數(shù)學(xué)模型，把5個光電傳感器在底盤前部成扇形排列安裝，分別

檢測不同的方向，1個紅外測距傳感器安裝在正前方，由6個傳感器組成了紅外傳

感器定位系統(tǒng)(見圖4).顏色識別定位系統(tǒng)只需用一個攝像頭作為檢測裝置，安裝在

機(jī)器人頭部.

然而這兩個定位系統(tǒng)都有不足之處，顏色定位受光照影響較大，近距離精確定位易

產(chǎn)生誤差，而紅外傳感器遠(yuǎn)距離定位效果不好，且不什么的什組詞 能區(qū)分白色柱子和綠色柱子.迫多音字組詞

為彌補(bǔ)這一不足，選擇將兩者結(jié)合使用，對于綠色柱子由顏色識別進(jìn)行遠(yuǎn)距離定位，

紅外傳感器進(jìn)行較近距離定位；對于白色柱子和藍(lán)色物塊，則利用綠色柱子與它們

的相對位置，重新為機(jī)器人定義初始位置，運(yùn)用絕對定位法進(jìn)行定位.

6程序設(shè)計(jì)

6.1紅外傳感器定位

圖5紅外傳感器定位流程圖

voidGetADC(void)//獲取傳感器的值，將值保存到變量中

{//在FindCol函數(shù)中多次調(diào)用該函數(shù)

io1=UP_ADC_GetIO(1);//增加傳感器值獲取的實(shí)時性

io2=UP_ADC_GetIO(2);//同時也避免相同功能的代碼重復(fù)出現(xiàn)

io3=UP_ADC_GetIO(3);//縮減代碼

io4=UP_ADC_GetIO(4);

io5=UP_ADC_GetIO(5);

}

voidF實(shí)習(xí)結(jié)束 indCol(void)//定位柱子

{

Move(800,800);//前進(jìn)

UP_delay_ms(400);

//機(jī)器人沒有正對柱子

while(!((!io3)&&(io1)&&(io2)&&(io4)&&(io5)))

{

GetADC();//獲取傳感器的值

while((!io1)||(!io2))//柱子偏左

{

Move(-500,500);

GetADC();

}

while((!io4)||(!io5))//柱子偏右

{

Move(500,-500);

GetADC();

}

//沒有檢測到柱子

while((io1)&&(io2)&&(io3)&&(io4)&&(io5))

{

Move(700,700);

GetADC();

}

//機(jī)器人正對柱子

while((!io3)&&(io1)&&(io2)&&(io4)&&(io5))

{

Move(0,0);

ad8=UP_ADC_GetValue(8);//獲取傳感器的值

while(ad8>800)//稍近

{

Move(-500,-500);

ad8=UP_ADC_GetValue(8);

}

while(ad8<600)//稍遠(yuǎn)

{

Move(500,500);

ad8=UP_ADC_GetValue(8);

}

while((ad8>600)&&(ad8<800))//距離合適

{

Move(0,0);

UP_delay_ms(100);

break;

}

break;

}

GetADC();//再次獲取傳感器的值

}

}

6.2顏色識別定位(見圖6所示):

圖6所示為顏色識別流程圖，程序代碼如下：

圖6紅外傳感器結(jié)合顏色識別流程圖

voidFindTargetArea(void)//定位顏色標(biāo)定區(qū)域

{

switch(a)

{

ca0:

{

Move(400,400);//走向綠色柱子

UP_delay_ms(500);

Move(0,0);

為確保控制器正常接收到命令，需要向控制器發(fā)送三次指令.

UP_Woody_CloImageRecognize();//關(guān)閉顏色識別

UP_delay_ms(200);

UP_Woody_CloImageRecognize();

UP_delay_ms(200);

UP_Woody_CloImageRecognize();

UP_delay_ms(200);

n=2;

break;

}

ca1:

{

Move(600,600);

UP_delay_ms(500);

break;

}

ca2:

{

Move(400,400);

UP_delay_ms(500);

break;

}

ca3:

{

Move(300,800);//左轉(zhuǎn)

break;

}

ca4:

{

Move(500,300);//右轉(zhuǎn)

break;

}

default:

break;

}

}

voidTimerHadler0(u32u)

{

x=UP_Woody_X_Coordinates();//獲取x坐標(biāo)

sum=UP_Woody_ImagePixel();//獲取有效像素點(diǎn)值

if(x<100)//物體在機(jī)器人左邊

{

a=3;//左轉(zhuǎn)

}

if(x>220)//物體在機(jī)器人右邊

{

a=4;//右轉(zhuǎn)

}

if((x>100)&&(x<220))//物體在機(jī)器人正前方

{

if((sum>12000))//有效像素點(diǎn)多，說明距離合適

{

a=0;//停止前進(jìn)

}

if((sum>100)&&(sum<2000))//有效像素點(diǎn)太少，說明距離太遠(yuǎn)

{

a=1;//快速前進(jìn)

}

if((sum>2000)&&(sum<12000))//有效像素點(diǎn)少，說明距離遠(yuǎn)

{

a=2;//常速前進(jìn)

}

}

}

6結(jié)語

本文介紹了世界機(jī)器人大賽中技術(shù)挑戰(zhàn)賽機(jī)器人的物體定位及自身導(dǎo)航技術(shù)，解決

了機(jī)器人在比賽中搜尋定位目標(biāo)并自主導(dǎo)航的問題，為此類機(jī)器人的研究及開發(fā)提

供了可行性方案，對自主移動機(jī)器人的發(fā)展具有一定的參考價(jià)值.

參考文獻(xiàn)

【相關(guān)文獻(xiàn)】

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