机器人轨迹赛竞赛平台及其机器人运行轨迹实现方法

摘要

本发明公开了一种机器人轨迹赛竞赛平台及其机器人运行轨迹实现方法，其竞赛平台包括一矩形平板、安装在矩形平板四个顶点下方的压力传感器以及分别与四个压力传感器依次相接的信号调理电路、信号采集和传送电路和上位机；其机器人运行轨迹实现方法包括以下步骤：一、压力信号的实时采集和处理；二、机器人运行轨迹的实现：上位机根据空间平行力系的平衡原理，将四个压力传感器所采集并经处理的压力信号转换为机器人相应运行位置信息即机器人当前位置的平面坐标(X

说明书

技术领域

本发明涉及机器人控制技术领域，尤其是涉及一种机器人轨迹赛竞赛平台及其机器人运行轨迹实现方法。

背景技术

从上世纪90年代开始，在全世界范围内相继出现了一系列的机器人竞赛，机器人竞赛是中央“科教兴国”战略方针的具体体现和创新举措。机器人竞赛实际上是高技术的对抗赛，其从一个侧面反映了一个国家信息与自动化领域基础研究和高技术发展的水平。机器人竞赛使研究人员能够利用各种技术，获得更好的解决方案，从而又反过来促进各个领域的发展，这也正是开展机器人竞赛的深远意义，同时也是机器人竞赛的魅力所在。

目前机器人竞赛按照竞赛主题可以分为机器人足球赛、机器人篮球赛、机器人舞蹈竞赛、机器人灭火比赛等40多种类型。而国内的人形机器人竞赛主要有两个项目：机器人直线行走竞赛和创意舞蹈竞赛。而目前，还没有一个平台能够实现不用人工判断就能评价机器人性能的好坏以及竞赛的输赢。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种机器人轨迹赛竞赛平台及其机器人运行轨迹实现方法，其结构合理且操作控制简便、结果显示直观，能够有效应用于机器人轨迹赛竞赛的现场裁判中且评价标准统一。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种机器人轨迹赛竞赛平台，其特征在于：包括一供机器人竞赛行走的矩形平板、分别安装在所述矩形平板四个顶点下方的四个压力传感器、分别与所述四个压力传感器相接且对其实时所检测压力信号进行处理的信号调理电路、与信号调理电路相接的信号采集和传送电路以及将实时所采集并处理的压力信号转换为机器人相应运行位置信息并进行同步显示机器人运行轨迹的上位机，所述信号采集和传送电路接上位机；所述信号调理电路为依次相接的信号放大电路、滤波电路和A/D转换电路；

所述四个压力传感器分别为安装在所述矩形平板右下方、右上方、左上方和左下方四个顶点下方的压力传感器一、压力传感器二、压力传感器三和压力传感器四。

所述信号采集和传送电路为单片机且所述A/D转换电路集成在所述单片机内部。

所述单片机为芯片MSP4 30F247。

所述矩形平板为表面平滑的矩形硬质木板。

所述的机器人轨迹赛竞赛平台的机器人运行轨迹实现方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、压力信号的实时采集和处理：由信号调理电路对所述四个压力传感器实时所输出的压力信号依次进行放大、滤波和A/D转换，再由信号采集和传送电路对经信号调理电路处理后的压力信号进行采集并同步发送至上位机；

步骤二、机器人运行轨迹的实现：上位机以所述矩形平板左下方的顶点为坐标原点且分别以其横向宽度方向和纵向长度为X轴和Y轴，建立平面直角坐标系，

并且上位机根据公式：$\left(\begin{array}{c}-G_1-G_2+F_{1i}+F_{2i}+F_{3i}+F_{4i}=0\\ F_{2i}L+F_{3i}L-G_1\frac{L}{2}-G_2{Y}_i=0\\ -F_{1i}W-F_{2i}W+G_1\frac{W}{2}+G_2{X}_i=0\end{array}\right),$将所述四个压力传感器所采集并经处理的压力信号转换为机器人的相应运行位置信息即机器人当前位置的平面坐标(X_i，Y_i)，其中W为所述矩形平板的横向幅宽，L为所述矩形平板的纵向长度，G₁为机器人所受重力，G₂为所述矩形平板所受重力，F_1i、F_2i、F_3i和F_4i分别为压力传感器一、压力传感器二、压力传感器三和压力传感器四实时检测的压力值；上位机通过统计各时刻的平面坐标(X_i，Y_i)，描绘出机器人的运行轨迹并进行同步显示。

本发明与现有技术相比具有以下优点，1、本发明主要针对目前机器人轨迹赛竞赛需要裁判现场评判且评价机器人性能的好坏没有统一标准的缺陷，不仅结构简单，加工制作方便而且使用操作简便。2、本发明打破了现有机器人轨迹赛的竞赛规则，提出一种新型的机器人轨迹赛竞赛平台，该竞赛平台能够有效应用于多种机器人轨迹赛，如机器人直线行走竞赛、机器人直线花样行走竞赛、机器人直线绕障行走竞赛、机器人按规定图形行走竞赛等，使竞赛规则更为直观、明朗，减小了竞赛结果判断的人为误差。3、本发明还能有效应用于机器人性能的评价中，为生产者、销售者和购置者提供更为统一、直观和准确的评价标准；另外，通过进一步扩展，本发明还可适用于如使系统自动升降、倾斜等控制操作中，可进一步丰富机器人的竞赛规则，完善机器人的性能评价标准。4、机器人运行轨迹实现步骤简单易行，首先，通过压力传感器阵列即安装在矩形平板四个顶点下方的压力传感器获取机器人在平台上运动时的运动特征参数，在数据采集的远端采用单片机控制，完成数据的实时采集、平滑滤波和发送，在近端通过微机即上位机完成数据的接收、校验、纠错、处理和显示等，上位机根据空间平行力系的平衡原理将实时所采集并处理的压力信号转换为机器人相应运行位置信息并进行同步显示，通过显示在微机上直观的数据或图形判断机器人的运行轨迹，根据机器人的运行轨迹在上位机上的直观反映，可将平台应用于机器人轨迹赛，直观地判断机器人轨迹赛竞赛的输赢，平台还可应用于对机器人性能的评价，并可进行二次开发。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明所用机器人轨迹赛竞赛平台的结构示意图。

附图标记说明：

2—信号调理电路；  3—信号采集和传送电路；  4—上位机；

5—压力传感器一；  6—压力传感器二；        7—压力传感器三；

8—压力传感器四。

具体实施方式

如图1所示，本发明所述的机器人轨迹赛竞赛平台包括一供机器人竞赛行走的矩形平板、分别安装在所述矩形平板四个顶点下方的四个压力传感器、分别与所述四个压力传感器相接且对其实时所检测压力信号进行处理的信号调理电路2、与信号调理电路2相接的信号采集和传送电路3以及将实时所采集并处理的压力信号转换为机器人相应运行位置信息并进行同步显示机器人运行轨迹的上位机4，所述信号采集和传送电路3接上位机4；所述信号调理电路2为依次相接的信号放大电路、滤波电路和A/D转换电路。

所述四个压力传感器分别为安装在所述矩形平板右下方、右上方、左上方和左下方四个顶点下方的压力传感器一5、压力传感器二6、压力传感器三7和压力传感器四8。

本实施例中，所述信号采集和传送电路3为单片机且所述A/D转换电路集成在所述单片机内部，即所述信号采集和传送电路3为内部集成有A/D转换电路模块的单片机并且所述单片机为芯片MSP430F247。所述矩形平板为表面平滑的矩形硬质木板，实践中，所述矩形平板也可以为其它材质的硬质平板。

本发明所述机器人轨迹赛竞赛平台的机器人运行轨迹实现方法，包括以下步骤：

步骤一、压力信号的实时采集和处理：由信号调理电路2对所述四个压力传感器实时所输出的压力信号依次进行放大、滤波和A/D转换，再由信号采集和传送电路3对经信号调理电路2处理后的压力信号进行采集并同步发送至上位机4。

步骤二、机器人运行轨迹的实现：上位机4以所述矩形平板左下方的顶点为坐标原点且分别以其横向宽度方向和纵向长度为X轴和Y轴，建立平面直角坐标系，

并且上位机4根据公式：$\left(\begin{array}{c}-G_1-G_2+F_{1i}+F_{2i}+F_{3i}+F_{4i}=0\\ F_{2i}L+F_{3i}L-G_1\frac{L}{2}-G_2{Y}_i=0\\ -F_{1i}W-F_{2i}W+G_1\frac{W}{2}+G_2{X}_i=0\end{array}\right),$将所述四个压力传感器所采集并经处理的压力信号转换为机器人的相应运行位置信息即机器人当前位置的平面坐标(X_i，Y_i)，上述公式根据空间平行力系的平衡原理即可得出，其中W为所述矩形平板的横向幅宽，L为所述矩形平板的纵向长度，G₁为机器人所受重力，G₂为所述矩形平板所受重力，F_1i、F_2i、F_3i和F_4i分别为压力传感器一5、压力传感器二6、压力传感器三7和压力传感器四8实时检测的压力值；上位机4通过统计各时刻的平面坐标X_i，Y_i，描绘出机器人的运行轨迹并进行同步显示。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。