本課題設(shè)計(jì)了一種基于STM32的智能格斗機(jī)器人控制系統(tǒng)。系統(tǒng)以單片機(jī)STM32F103C8T6為控制核心，單片機(jī)連接傳感器，對(duì)外界環(huán)境進(jìn)行信息采集，通過(guò)編寫相應(yīng)的控制算法程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)障礙物的智能判斷，根據(jù)判斷的不同結(jié)果做出相應(yīng)不同動(dòng)作，有自我防御、自主避障以及搜尋攻擊的功能。機(jī)器人設(shè)有智能程度切換的功能，可間接調(diào)整機(jī)器人的操控難度，擴(kuò)大格斗機(jī)器人的使用人群范圍，提升操作者的操控體驗(yàn)感，并設(shè)有備用防御觸發(fā)途徑，增加格斗機(jī)器人的安全保障。

　　關(guān)鍵詞：智能格斗機(jī)器人;STM32F103C8T6;超聲波測(cè)距

　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展。與此同時(shí)，格斗機(jī)器人近年來(lái)在國(guó)內(nèi)引起高度關(guān)注，出現(xiàn)了相關(guān)的綜藝節(jié)目，如《鐵甲雄心》《機(jī)器人爭(zhēng)霸》等。這些綜藝節(jié)目吸引了不少學(xué)生創(chuàng)客以及格斗機(jī)器人愛好者的關(guān)注。格斗機(jī)器人處于技術(shù)驅(qū)動(dòng)類型的領(lǐng)域，有著十分正向的價(jià)值輸出，其適應(yīng)于格斗機(jī)器人的競(jìng)賽或表演與機(jī)器人教育機(jī)構(gòu)的教學(xué)，往上可推廣到軍事作戰(zhàn)領(lǐng)域作為戰(zhàn)斗機(jī)器人，往下通過(guò)降低其攻擊力，可制作成兒童玩具。對(duì)格斗機(jī)器人智能化的研究具有較高的理論研究?jī)r(jià)值和實(shí)用價(jià)值，基于此，本文設(shè)計(jì)了一種基于STM32的智能格斗機(jī)器人控制系統(tǒng)。

　　1機(jī)體機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　本文設(shè)計(jì)的格斗機(jī)器人的機(jī)體機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖1-1、圖1-2所示。其機(jī)體類型采用鍍鋅板組裝的長(zhǎng)方體類型，車身前部裝有用于鏟起對(duì)手的車鏟，車身的頂部裝有6000r/min電機(jī)驅(qū)動(dòng)的攻擊防御用螺旋槳，車身尾部裝有兩個(gè)750r/min電機(jī)驅(qū)動(dòng)的高速攻擊飛輪，行駛系統(tǒng)采用兩個(gè)750r/min電機(jī)驅(qū)動(dòng)的車輪，并配合一個(gè)萬(wàn)向輪，使轉(zhuǎn)向行駛靈活。機(jī)器人整體設(shè)計(jì)的重心夠低，抗擊打能力優(yōu)越，攻擊性能強(qiáng)。

　　2控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　以STM32為核心的控制系統(tǒng)的硬件組成包含九個(gè)模塊，即：①STM32F103C8T6核心模塊，②PS2手柄及接收模塊，③AQMH2407ND雙路直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，④AQMH3615NS大功率直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，⑤偉盛WS-60GA775F24V750rpm與WS-63ZYT108-R24V6000rpm直流電機(jī)，⑥D(zhuǎn)C-DC12A可調(diào)降壓模塊，⑦24V20Ah電源，⑧US-100超聲波測(cè)距模塊，⑨sw-18015P震動(dòng)傳感器模塊。硬件電路設(shè)計(jì)采用模塊化的設(shè)計(jì)方法，大大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。智能格斗機(jī)器人的控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

　　2.1控制核心模塊設(shè)計(jì)

　　控制核心模塊主要包括控制芯片STM32F103C8T6、時(shí)鐘電路、電源電路、復(fù)位電路以及下載電路。STM32F103C8T6是一款基于ARMCortex-M3內(nèi)核STM32系列的32位的微控制器，程序存儲(chǔ)器容量是64KB，需要電壓2V～3.6V。將該單片機(jī)外部接入8MHz晶振，經(jīng)內(nèi)部倍頻產(chǎn)生最高時(shí)鐘頻率72MHz，1.25DMIPS/MHz,快速的指令執(zhí)行速度使主控芯片能夠運(yùn)行復(fù)雜的濾波和控制算法。

　　2.2通信模塊設(shè)計(jì)

　　選用PS2手柄控制格斗機(jī)器人。手柄采用2.4G無(wú)線技術(shù)，遙控距離可達(dá)10米左右。手柄負(fù)責(zé)發(fā)送按鍵指令;接收器接收手柄發(fā)送的消息并傳給單片機(jī)，單片機(jī)也可通過(guò)接收器向手柄發(fā)送命令，配置手柄的發(fā)送模式。

　　2.3運(yùn)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)

　　選用兩個(gè)WS-60GA775F24V750rpm直流電機(jī)和AQMH2407ND雙路直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊構(gòu)成機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)模塊。單片機(jī)連接該電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊連接上述直流電機(jī)，通過(guò)控制單片機(jī)IO口，實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)向與PWM速度的控制。

　　2.4武器模塊設(shè)計(jì)

　　選用偉盛WS-60GA775F24V750rpm直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人車身尾部裝有的兩個(gè)攻擊飛輪，選用偉盛WS-63ZYT108-R24V6000rpm直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人車身頂部裝有的攻擊防御用螺旋槳。電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊采用AQMH3615NS大功率直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。單片機(jī)IO口連著該電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)上述武器電機(jī)的開關(guān)控制。

　　2.5電源模塊設(shè)計(jì)

　　選用24V20Ah鋰電池電源，經(jīng)過(guò)DC-DC12A可調(diào)降壓模塊輸出24V接入AQMH2407ND雙路直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和AQMH3615NS大功率直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，而AQMH2407ND雙路直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊則輸出5V給單片機(jī)。

　　2.6傳感器模塊設(shè)計(jì)

　　US-100超聲波測(cè)距模塊與單片機(jī)相連，檢測(cè)出障礙物與其之間的距離。sw-18015P震動(dòng)傳感器模塊與單片機(jī)相連，檢測(cè)震動(dòng)量，并可通過(guò)電位器調(diào)節(jié)其感應(yīng)震動(dòng)的靈敏度。

　　3控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　設(shè)計(jì)有三種控制模式：手動(dòng)模式、半智能模式、全智能模式�？墒褂肞S2手柄進(jìn)行控制模式的切換[1-2]。手動(dòng)模式下，可控制機(jī)器人移動(dòng)、加速、打開關(guān)閉螺旋槳或飛輪。半智能模式下，在手動(dòng)基礎(chǔ)上，增加自我防御的功能。全智能模式下，機(jī)器人自動(dòng)前行，障礙物智能識(shí)別，并智能動(dòng)作反饋處理，實(shí)現(xiàn)自我防御、自主避障以及搜尋攻擊的功能。設(shè)計(jì)備用防御觸發(fā)途徑，增加了格斗機(jī)器人的安全保障。機(jī)器人軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程如圖3所示。

　　4軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程

　　4.1超聲波測(cè)距設(shè)計(jì)

　　單片機(jī)連接超聲波測(cè)距模塊，計(jì)算出模塊到物體的距離。使用方法：將模塊trig和echo端口置低，給trig端口發(fā)送10us的高電平脈沖(模塊自動(dòng)發(fā)送8個(gè)40K的方波)，捕捉echo端口輸出上升沿，捕捉到則打開定時(shí)器計(jì)時(shí)，并捕捉echo端口下降沿，捕捉到后讀出定時(shí)器時(shí)間，再經(jīng)公式：(高電平時(shí)間*340m/s)/2獲得距離。

　　4.2障礙物的智能判斷設(shè)計(jì)

　　采用機(jī)身正前方的一個(gè)超聲波測(cè)距模塊實(shí)現(xiàn)。當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到機(jī)器人前方障礙物距離小于程序設(shè)定的安全距離時(shí)，機(jī)器人立即剎車，并進(jìn)入障礙物智能判斷的函數(shù)，依據(jù)敵方和障礙物動(dòng)態(tài)性和靜態(tài)性的區(qū)別，先保留障礙物與機(jī)器人距離的初始值，再運(yùn)行設(shè)定的80ms一次的定時(shí)器中斷，連續(xù)記錄10個(gè)距離值，并求取其平均值，將平均值與初始值進(jìn)行比較，若值相差較大，則判定前方物體為敵方;反之，則判定前方物體為障礙物。

　　4.3智能動(dòng)作反饋設(shè)計(jì)

　　采用機(jī)身周圍五個(gè)的超聲波測(cè)距模塊實(shí)現(xiàn)[3-4]。其中機(jī)身前方的三個(gè)超聲波測(cè)距模塊，用于機(jī)器人自主避障與跟隨攻擊的實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)根據(jù)障礙物智能判斷的不同結(jié)果，執(zhí)行出相應(yīng)的動(dòng)作。根據(jù)比較這三個(gè)超聲波測(cè)距模塊檢測(cè)到的距離，可得出前方物體的大概位置。隨即進(jìn)行控制車輪的轉(zhuǎn)向，是敵方則打開螺旋槳跟隨攻擊，是墻壁則自主避障。其中機(jī)身兩側(cè)的兩個(gè)超聲波測(cè)距模塊，用于機(jī)器人自我防御的實(shí)現(xiàn)。當(dāng)敵方進(jìn)攻機(jī)器人左右兩側(cè)并進(jìn)入設(shè)定的安全范圍時(shí)，則開啟螺旋槳，提高運(yùn)動(dòng)電機(jī)PWM，逃脫敵方攻擊。

　　4.4備用防御觸發(fā)途徑設(shè)計(jì)

　　機(jī)器人內(nèi)部裝有sw-18015P震動(dòng)傳感器，在用于檢測(cè)敵方準(zhǔn)備攻擊的超聲波測(cè)距模塊損壞的情況下，當(dāng)機(jī)器人受到敵方攻擊時(shí)，單片機(jī)檢測(cè)到上述傳感器發(fā)出的低電平，判定受到敵方攻擊，并迅速開啟自我防御。此觸發(fā)途徑對(duì)于自身在進(jìn)行跟隨攻擊敵方時(shí)自動(dòng)失效，不會(huì)造成誤觸發(fā)。震動(dòng)感應(yīng)的靈敏度可通過(guò)傳感器上的電位器進(jìn)行調(diào)節(jié)。

　　5結(jié)束語(yǔ)

　　本研究小組設(shè)計(jì)了一種基于STM32的智能格斗機(jī)器人控制系統(tǒng)，對(duì)格斗機(jī)器人智能化，使其具有對(duì)障礙物的智能判斷，并能根據(jù)不同障礙物的情況進(jìn)行不同的動(dòng)作反饋。機(jī)器人的智能程度可以切換調(diào)整，得以擴(kuò)大格斗機(jī)器人的操作人群范圍，提升操作者的操控體驗(yàn)感。考慮相關(guān)模塊損壞的不確定因素，還設(shè)計(jì)有備用防御方案，增加機(jī)器人的安全運(yùn)行保障。對(duì)格斗機(jī)器人智能化的研究具有較高的理論研究?jī)r(jià)值和實(shí)用價(jià)值，相信在未來(lái)充滿無(wú)限美好的可能。

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