论文部分内容阅读
摘要：随着人工智能和科学技术的不断发展，足球机器人已经受到越来越多的科研人员和电子发烧友的广泛关注。该文致力于基于Arduino开发平台的足球机器人设计与实现，通过蓝牙实现足球机器人的远程遥控，通过光电传感器实现进球数的统计。实验结果表明，本系统能够较好地实现相关功能，系统具有较好的稳定性和实用性。
关键字：足球；机器人；Arduino；蓝牙
中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）23-0096-02
Abstract：With the development of artificial Intelligence and science and technology， soccer robot has been paid more and more attentions by plenty of researchers and electronic enthusiasts. This paper is devoted to the design and implementation of soccer robot based on Arduino development platform. The remote control of soccer robot is realized by bluetooth， and the number of goals is achieved through photoelectric sensor. The experimental results show that the system can achieve relevant functions better， and the system has better stability and practicability.
Key words：Soccer； Robot； Arduino； Bluetooth
1 前言
目前，足球机器人作为机器人学科与人工智能研究的載体和对抗平台，已受到国内外众多学者的广泛普遍关注。随着科学技术的不断进步，以足球为载体的足球机器人已广泛涉及传感信息、精密仪器、自动控制、人工智能、计算机视觉等众多学科的研究创新，相关研究成果能够反映出一个国家的综合国力和科技水平，并可广泛应用于军事、工农业、信息技术等相关领域。
2 开发平台简介
自2005年首台Arduino出现以来，Arduino以其便捷灵活、方便上手的开源电子原型吸引了全世界众多的电子发烧友。目前Arduino开发平台由硬件开发板（各系列型号如表1所示）和软件Arduino IDE两部分组成。Arduino的特点主要有：
1） 跨平台：Arduino集成开发环境可以部署在Windows、Linux和Macintosh OS X三大主流操作系统，而其他大多数单片机开发只限于Windows平台；
2） 简单易用：对于众多电子发烧友来说，Arduino灵活简单、极易上手，它不需要太多单片机基础和程序设计基础，能够激发广大初学者的兴趣；
3） 自由开源：Arduino的硬件电路图、原理图、集成开发软件以及核心库等文件都是开源的，用户可以在开源协议范围内任意修改相关设计和源码。
因此，Arduino已是世界最流行的开源硬件开发平台，更代表着主流硬件开发的潮流和趋势。它简单易学的开发方式能够大幅降低学习的成本，使创客更关注创意与实现，缩短了产品的开发周期。
3 系统设计与实现
3.1 任务简介
本项目的主要任务是设计并实现一种足球机器人。该足球机器人基于Arduino开发平台，基于蓝牙技术进行主从设备间的相关通信，实现蓝牙手柄对足球机器人的远程控制。
足球机器人主体的部件结构图如图1所示，原理图如图2所示，主要结合智能小车的相关功能，通过控制无刷电机转速，实现机器人的前进和转向。并通过光电传感器及显示屏模块实现进球计数。
研究的主要内容包括：
1） 运用蓝牙技术进行设备连接，实现手柄对机器人进行控制，此处在3.2中会做详细介绍。
2） 编写程序，控制电机转速。机器人两侧电机控制转向，下方电机转动实现铲球操作。其中，机器人的运动主要基于差分驱动方式，通过设置左右两个电机的运转速度来控制足球机器人的运动方式。当左右电机转速一样时，足球机器人走直线；当左右电机转速不一样时，足球机器人转弯。
3） 机器人转向及前进后退结合铲球实现运球操作，进球时触发球门处的光电传感器，上方显示屏进行计数。
3.2 重点难点
在项目设计与实现的过程中，重点和难点主要集中在利用蓝牙手柄连接足球机器人，并通过手柄控制足球机器人做相关的运动和操作。这里可以选用兼容SONY PS2数传协议的蓝牙手柄及相关的接收器，然后基于第三方类库PS2X_lib进行开发。
3.3 研究方法
1） 文献研究法：分类阅读相关技术文档，发现问题，总结问题，找出项目创新的思路；
2） 实验研究法：制定研究科学严谨的实验方案（包括系统规划、系统设计、设备选型、软件实现、集成调试、系统部署等等），实现关键技术的攻关；
3） 观察研究法：结合实验操作和文献阅读，了解各类传感器设备的接口类型、主要功能和实施方法，进一步明确项目的设计与实现；
4） 经验总结法：通过项目的前期系统设计、中期软硬件实现以及后期的集成调试、系统部署等工作，形成一套行之有效系统开发流程和创新实践方法。
4 结束语
机器人技术是近年来新技术革命中迅速发展并逐渐成熟的一项高技术，并已在众多的科研领域和工业部门中得到了广泛的应用，并显示出了强大的生命力和发展前景。本文以足球竞技这一场景为目标，设计并实现了一款基于Arduino开发平台的足球机器人，其中的主要难点有蓝牙控制、电机控制、光电传感器感应计数等相关内容。实验结果表明，本足球机器人系统能够较好地实现相关功能，具有较好的稳定性和实用性。
参考文献：
[1] 吴星潮，刘正华，阮嘉荣，等.基于嵌入式的足球机器人系统设计[J].信息与电脑，2016（19）：102-103.
[2] 陈伟雄，赵婧，张佳乐，等.六脚足球机器人的设计与实现[J].信息技术，2016（5）：78-80 83.
[3] 罗欢，张健，席文平.基于ZigBee技术的足球机器人通信系统设计[J].无线电工程，2015，45（5）：16-19 27.
[4] 杨敏.浅谈双人制足球机器人的设计[J].山东工业技术，2014（8）：87.
[5] 邓本再，黄苗，李亘，等.基于多传感器的全向足球机器人自定位[J].控制理论与应用，2011，28（12）：1821-1824.
[6] 符德晓，李晓明.一种开放式机器人足球比赛仿真系统的研究[J].机电工程，2011，28（1）：55-59.
【通联编辑：梁书】
关键字：足球；机器人；Arduino；蓝牙
中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）23-0096-02
Abstract：With the development of artificial Intelligence and science and technology， soccer robot has been paid more and more attentions by plenty of researchers and electronic enthusiasts. This paper is devoted to the design and implementation of soccer robot based on Arduino development platform. The remote control of soccer robot is realized by bluetooth， and the number of goals is achieved through photoelectric sensor. The experimental results show that the system can achieve relevant functions better， and the system has better stability and practicability.
Key words：Soccer； Robot； Arduino； Bluetooth
1 前言
目前，足球机器人作为机器人学科与人工智能研究的載体和对抗平台，已受到国内外众多学者的广泛普遍关注。随着科学技术的不断进步，以足球为载体的足球机器人已广泛涉及传感信息、精密仪器、自动控制、人工智能、计算机视觉等众多学科的研究创新，相关研究成果能够反映出一个国家的综合国力和科技水平，并可广泛应用于军事、工农业、信息技术等相关领域。
2 开发平台简介
自2005年首台Arduino出现以来，Arduino以其便捷灵活、方便上手的开源电子原型吸引了全世界众多的电子发烧友。目前Arduino开发平台由硬件开发板（各系列型号如表1所示）和软件Arduino IDE两部分组成。Arduino的特点主要有：
1） 跨平台：Arduino集成开发环境可以部署在Windows、Linux和Macintosh OS X三大主流操作系统，而其他大多数单片机开发只限于Windows平台；
2） 简单易用：对于众多电子发烧友来说，Arduino灵活简单、极易上手，它不需要太多单片机基础和程序设计基础，能够激发广大初学者的兴趣；
3） 自由开源：Arduino的硬件电路图、原理图、集成开发软件以及核心库等文件都是开源的，用户可以在开源协议范围内任意修改相关设计和源码。
因此，Arduino已是世界最流行的开源硬件开发平台，更代表着主流硬件开发的潮流和趋势。它简单易学的开发方式能够大幅降低学习的成本，使创客更关注创意与实现，缩短了产品的开发周期。
3 系统设计与实现
3.1 任务简介
本项目的主要任务是设计并实现一种足球机器人。该足球机器人基于Arduino开发平台，基于蓝牙技术进行主从设备间的相关通信，实现蓝牙手柄对足球机器人的远程控制。
足球机器人主体的部件结构图如图1所示，原理图如图2所示，主要结合智能小车的相关功能，通过控制无刷电机转速，实现机器人的前进和转向。并通过光电传感器及显示屏模块实现进球计数。
研究的主要内容包括：
1） 运用蓝牙技术进行设备连接，实现手柄对机器人进行控制，此处在3.2中会做详细介绍。
2） 编写程序，控制电机转速。机器人两侧电机控制转向，下方电机转动实现铲球操作。其中，机器人的运动主要基于差分驱动方式，通过设置左右两个电机的运转速度来控制足球机器人的运动方式。当左右电机转速一样时，足球机器人走直线；当左右电机转速不一样时，足球机器人转弯。
3） 机器人转向及前进后退结合铲球实现运球操作，进球时触发球门处的光电传感器，上方显示屏进行计数。
3.2 重点难点
在项目设计与实现的过程中，重点和难点主要集中在利用蓝牙手柄连接足球机器人，并通过手柄控制足球机器人做相关的运动和操作。这里可以选用兼容SONY PS2数传协议的蓝牙手柄及相关的接收器，然后基于第三方类库PS2X_lib进行开发。
3.3 研究方法
1） 文献研究法：分类阅读相关技术文档，发现问题，总结问题，找出项目创新的思路；
2） 实验研究法：制定研究科学严谨的实验方案（包括系统规划、系统设计、设备选型、软件实现、集成调试、系统部署等等），实现关键技术的攻关；
3） 观察研究法：结合实验操作和文献阅读，了解各类传感器设备的接口类型、主要功能和实施方法，进一步明确项目的设计与实现；
4） 经验总结法：通过项目的前期系统设计、中期软硬件实现以及后期的集成调试、系统部署等工作，形成一套行之有效系统开发流程和创新实践方法。
4 结束语
机器人技术是近年来新技术革命中迅速发展并逐渐成熟的一项高技术，并已在众多的科研领域和工业部门中得到了广泛的应用，并显示出了强大的生命力和发展前景。本文以足球竞技这一场景为目标，设计并实现了一款基于Arduino开发平台的足球机器人，其中的主要难点有蓝牙控制、电机控制、光电传感器感应计数等相关内容。实验结果表明，本足球机器人系统能够较好地实现相关功能，具有较好的稳定性和实用性。
参考文献：
[1] 吴星潮，刘正华，阮嘉荣，等.基于嵌入式的足球机器人系统设计[J].信息与电脑，2016（19）：102-103.
[2] 陈伟雄，赵婧，张佳乐，等.六脚足球机器人的设计与实现[J].信息技术，2016（5）：78-80 83.
[3] 罗欢，张健，席文平.基于ZigBee技术的足球机器人通信系统设计[J].无线电工程，2015，45（5）：16-19 27.
[4] 杨敏.浅谈双人制足球机器人的设计[J].山东工业技术，2014（8）：87.
[5] 邓本再，黄苗，李亘，等.基于多传感器的全向足球机器人自定位[J].控制理论与应用，2011，28（12）：1821-1824.
[6] 符德晓，李晓明.一种开放式机器人足球比赛仿真系统的研究[J].机电工程，2011，28（1）：55-59.
【通联编辑：梁书】