浅谈双人制足球机器人的设计

杨敏（西南交通大学 机械工程学院611756）

当下，足球比赛赢得众多观众喜爱。基于此，本文设计出双人制的足球机器人。占地面积小，灵活方便，赢得大众青睐。

系统构成：该机器人是进攻机器人，主要由无限遥控装置、四个车轮（两个主动轮，两个万向轮)、4—5个电机、300mm长直齿条、齿轮多个、固定销、铝合金材料等构成。

系统设计要求：该机器人主要功能是对敌方机器人进行攻击、抢球以及射球等，因此要求机器人要有一定的配重（撞击与抗撞击能力强），并且活动灵活（抢抓球速度快）。

灵活性原则：针对球场环境的场地特点，要求机器人大小适宜，展开外形尺寸初步设计为600mm×600mm×600mm。主动轮配置200rpm电机,以获得较大的动力，因此也需求电池的给力。

自身安全性原则：由于敌方机器人也会配置一定的进攻性装置，因此要求我 方机器人有自身方云能力，除了上述机动灵活外。我方机器人会采取尽量将机器人用较硬、薄的材料将机器人包装，并获得一定的外形。

便于维护原则：采用的产品是易操作，易维护，高可靠度。系统的易操作和易维护性是保证非专业人员使用好一个系统的条件，高可靠度是保障系统运行的基本要求，也是易维护性的保障。

系统功能实现

抢球装置：此装置需要电机一个，利用电机转动带动一侧齿轮转动，同时带动相铰接的齿轮转动，由于支架间的相互连接，前口装置有一个回拨以及夹球的功能。这样就能有效的在最短时间内抢到小球。

禁区外发射球：上述将球抢到后，球的位置位于机器人前端口，此时利用另一电机和直条式齿轮（类似叉车前端），将伸出手臂部分前端抬起至一定位置，后端与车体底板铰接，由于小球手重力会滚动到叉手后端，在叉手后端上方固定一水平轴，轴端连接一电机，轴上安装2—3根长直棒，电动机转动带动轴、棒一同转动，并将小球沿上升的叉手轨道打击并“发射”，有效进入敌方球门。

进攻：上述叉手装置也可作为进攻武器，其功能实现如下：以开始将叉手前端置于尽量低的位置，快速插入敌方机器人底盘下方空间，并使用上述功能将叉手前端快速并有效抬升，抬升的同时车身向前移动，这样可以有效的将敌方的机器人掀翻，获得较自由进球的机会。

2号机器人总体设计

系统构成：该机器人是防守机器人，主要由无限遥控装置、四个车轮（两个主动轮，两个万向轮)、4—5个电机、各种齿轮多个、铝合金材料等构成。根据此机器人的特性可以分为：固定部分+可变部分+遥控部分。

系统设计要求：该机器人主要任务是阻挠对方机器人进球必要时能持球近距离进攻，因此要求机器人防守时在比赛规则允许范围内有较大的防守面积（就如篮球运动中身高臂长的运动员防守面积大有助于对对方投篮进行干扰、盖帽等）。同时在持球进攻时又要求其能够缩小体积体现出其灵活快速的特点，达到出其不意、攻其不备的效果。

灵活性原则：2号机器人本职防守兼职进攻，要求机器人大小能够自由改变，外形最大展开尺寸初步设计为：550mm×500mm×300mm 此时利用防守面积大的优势阻挡对方进攻；外形最小收缩尺寸初步设计为：300mm×300mm×300mm 此时利用体积小巧、运动灵活的优势快速进入对方禁区得分。为了获得较大的运动速度，将主动轮配置200rpm电机,同时配备足够电力。

自身安全性原则：在材料上：我方机器人会采取尽量将机器人用较硬、薄的材料将机器人包装，在外形包装上：我们将机器的薄弱环节（电线、电池等）进行特别的加固从而获得一定的外形以抵抗对方机器人的冲击对抗。特别的,为了防止对方机器人将我方防守机器人推翻，我们在机器人地盘上装配高密度材料从而降低机器的重心。

便于维护原则：采用易操作，易维护，高可靠度的产品。我们知道在获得坚固的机器人的同时我们可能会面临难以维修的问题（因为我们把机器人过分包装一旦内部出现问题我们将不能及时维修）。因此我们利用了一些小的设计，达到能够抵挡外部抗击的同时，我们能快捷的维修。

系统功能实现

设置障碍：在防守机器人上装载障碍物（石头、砖块等）在比赛开始后，先通过遥控电机转动再利用齿轮传动倾斜装载障碍物的水平板将机器上的路障放置在对方机器人进攻的必经之路上（桥）。从而阻碍对方进攻，减少我方的防守压力，我方能够将更多精力放在进攻上面。

扩大防守面积：本机器人主要是采用类似扇形装置的展开来扩大防守面积。首先扇形装置是利用绳子束缚而收缩的，占用体积很小，为了使之展开我们利用一个电机的转动使束缚扇形的绳子伸长从而达到展开扇形的目的。

快速移动：快速移动找到空位进行射击是一种很好的进球方式。为了达到此目的，需减小机器人面积和重量，减小面积只需要将上述展开扇形装置逆向操作即可。在卸载障碍物后机器人重量合适不需再进行操作。

捕捉球：将球推至边界利用边界反作用力将球从斜面运送到2号机器人中。

进球射击：利用电机转动将球打出。

额外功能：当进攻机器人需要维修时，用防守机器人将球控制在己方手中防止对方进球。防守机器人与进攻机器人角色可以互换。

【参考文献】

[1]宗陪言，丛东华. 机械工程概论.北京：机械工业出版社，2001.

[2]曹建树,申爱明,黄光明. 基于DSP的足球机器人的运动控制系统设计[J]. 机械与电子. 2007(11)

[3]关慧贞,刘赞,魏永,王兰兰.LPC2106在足球机器人控制中的应用设计[J]. 单片机与嵌入式系统应用. 2005(01)