16、探索LEGO MINDSTORMS机器人相扑的世界

探索LEGO MINDSTORMS机器人相扑的世界

1. 什么是机器人相扑？

机器人相扑是一种基于机器人技术的比赛形式，参赛者需要设计、构建和编程一个能够在圆形场地内与其他机器人对抗的相扑机器人。这项活动不仅考验参赛者的编程能力和机械设计水平，还要求具备一定的策略思维。机器人相扑并不是电视上展示的那种机器人战争，而是一种更加注重技巧和策略的比赛。比赛场地可以设在任何地方，从家庭客厅到博物馆，甚至在RadioShack商店的中央。每个相扑机器人在比赛中必须遵守一系列规则，如宽度限制、重量限制等，以确保公平竞争。

2. 构建你的第一个相扑机器人

2.1 选择合适的零件

构建一个成功的相扑机器人，首先需要选择合适的零件。乐高MINDSTORMS Robotics Invention System (RIS) 是最受欢迎的选择之一。它包括一个名为RCX的微电脑，这个微电脑是相扑机器人的“大脑”，可以编程让它执行各种动作并做出决策。RCX不仅是最强大的组件之一，而且具备一定的AI能力。除了RIS，还可以考虑使用其他套装，如MicroScout、Scout或CyberMaster，不过RCX提供了最大的功率和灵活性。

2.2 设计原则

在设计相扑机器人时，有几个关键的设计原则需要牢记：
- 坚固性 ：确保你的机器人在比赛中不会轻易散架。可以使用额外的梁或提升臂来加固关键部位。
- 速度与力量 ：根据你的策略选择合适的驱动系统。小型快速策略适合快速移动和灵活躲避，而大型相扑策略则更强调推力和稳定性。
- 传感器配置 ：合理布置传感器可以帮助机器人更好地感知周围环境，如光线传感器用于检测场地边缘。

3. 编程基础

3.1 编程工具

编写相扑机器人的程序可以使用多种编程语言，但最常用的还是NQC（Not Quite C）。NQC允许你直接控制RCX的各种功能，并且易于学习和使用。为了帮助大家更好地理解编程过程，下面列出了一些常见的编程任务及其对应的代码片段。

任务	示例代码
设置用户显示	SetUserDisplay(timer(0), 0);
控制电机	OnFwd(OUT_A);
读取传感器值	int value = SensorValue(IN_1);

3.2 校准函数

校准是确保传感器准确工作的第一步。以BL58为例，其定制化的校准函数如下所示：

void Calibrate() {
    until(LBump == 0);
    line = See;
    threshold = line + AMOUNT;
    Wait(CALIBRATION);
    until(LBump == 1);
    PlaySound(SOUND_CLICK);
    Wait(CALIBRATION);
    until(LBump == 0);
    Wait(CALIBRATION);
    until(LBump == 1);
    PlaySound(SOUND_CLICK);
    Wait(CALIBRATION);
}

此函数通过触摸传感器LBump来触发一系列操作，确保光线传感器能够正确识别场地边界。

4. 策略制定

4.1 策略的重要性

一个没有策略的相扑机器人就像没有方向的船，很容易在比赛中迷失。因此，在开始构建之前，必须先确定你的比赛策略。以下是几种常见的策略类型：

• 小型快速策略 ：适用于快速移动和灵活躲避的场景，通常使用较少的零件和简单的结构。
• M级策略 ：结合速度和力量，适合中等规模的比赛，需要更复杂的机械设计和编程逻辑。
• 大型相扑策略 ：强调推力和稳定性，适用于大型比赛，往往需要多个RCX模块协同工作。

4.2 战术规划

制定战术时要考虑的因素有很多，比如对手可能采取的行动、场地特性等。例如，如果你预计对手会使用快速攻击型策略，那么你可以设计一个低重心、具有强大推力的机器人来应对。此外，还可以通过增加传感器的数量来提高机器人的智能水平，使其能够更好地适应不同的比赛情况。

5. 示例项目：Zip-Bam-Bot

Zip-Bam-Bot是一款采用小型快速策略的经典相扑机器人。它的特点是速度快、反应灵敏，非常适合初学者练习。以下是构建Zip-Bam-Bot所需的主要步骤：

1. 准备材料：确保你有足够的RIS套装零件，特别是电机、齿轮和传感器。
2. 搭建底盘：按照说明书中的指示逐步组装底盘，确保所有连接牢固可靠。
3. 安装驱动系统：将电机安装到底盘两侧，连接好电线，并调整齿轮比以获得最佳性能。
4. 编写程序：使用NQC编写控制程序，实现基本的前进、后退、转弯等功能。

graph TD;
  A[准备材料] --> B[搭建底盘];
  B --> C[安装驱动系统];
  C --> D[编写程序];
  D --> E[测试与优化];

以上就是关于构建和编程Zip-Bam-Bot的基本流程，希望对你有所帮助。接下来我们将深入探讨更多高级技术和实战技巧，助你在机器人相扑领域取得更好的成绩。

6. 示例项目：Gargantuan-Bot

Gargantuan-Bot是一款采用大型相扑策略的强大相扑机器人。它不仅体型巨大，而且配备了多个传感器和电机，能够在比赛中展现出色的表现。以下是构建Gargantuan-Bot的关键步骤：

1. 准备材料 ：Gargantuan-Bot需要大量的零件，包括来自两个RIS套装、两个Exploration Mars Expansion Packs (EMEP) 和Ultimate Builders Expansion Pack (UBEP) 的组件。
2. 搭建底盘 ：Gargantuan-Bot的底盘设计为四个小方形模块拼接而成，每个模块构成整体框架的四分之一。此外，还需要构建两个电机模块、两个关键组件、两个中间连接件和两个侧框。
3. 安装驱动系统 ：为每个轮子配备一个电机，确保所有八个轮子都能独立驱动，提供卓越的牵引力。
4. 编写程序 ：使用NQC编写控制程序，实现复杂的动作序列，如智能转向、物体检测等。

graph TD;
  A[准备材料] --> B[搭建底盘];
  B --> C[安装驱动系统];
  C --> D[编写程序];
  D --> E[测试与优化];

6.1 智能转向功能

Gargantuan-Bot的智能转向功能确保了它在任何情况下都能准确执行转向指令。以下是实现智能转向的核心代码：

// 智能右转函数
void TurnR(){
  if(forward == 1){
    BackwardRightTurn();
    Wait(TURN_TIME);
    ForwardRightTurn();
  } else {
    ForwardLeftTurn();
    Wait(TURN_TIME);
    BackwardLeftTurn();
  }
}

// 智能左转函数
void TurnL(){
  if(forward == 1){
    BackwardLeftTurn();
    Wait(TURN_TIME);
    ForwardLeftTurn();
  } else {
    ForwardRightTurn();
    Wait(TURN_TIME);
    BackwardRightTurn();
  }
}

这些函数通过判断当前的前进方向来决定正确的转向动作，避免了因方向相反而导致的错误操作。

7. 优化与调试

7.1 性能优化

为了使相扑机器人在比赛中发挥最佳性能，可以从以下几个方面入手进行优化：

• 减轻重量 ：减少不必要的零件，确保机器人在保持强度的同时尽可能轻便。
• 提高效率 ：优化程序逻辑，减少不必要的计算，加快响应速度。
• 增强稳定性 ：加强底盘结构，确保机器人在碰撞时不轻易翻倒。

7.2 调试技巧

调试是确保相扑机器人正常运行的重要环节。以下是一些有效的调试技巧：

• 逐步测试 ：每次只修改一个小部分，逐步验证其功能是否正常。
• 日志记录 ：在程序中添加日志输出，便于追踪问题所在。
• 模拟环境 ：在安全的环境中模拟真实比赛场景，提前发现潜在问题。

8. 策略实施与比赛准备

8.1 策略实施

成功实施策略的关键在于充分理解比赛规则和对手的特点。以下是几个有助于实施策略的建议：

• 了解规则 ：仔细阅读比赛规则，确保你的机器人符合所有规定。
• 分析对手 ：研究对手的机器人设计和编程思路，找出其弱点并加以利用。
• 灵活调整 ：根据实际情况灵活调整策略，保持竞争力。

8.2 比赛准备

在正式比赛前，做好充分准备至关重要。以下是一些比赛前的准备工作清单：

• 检查机器人状态 ：确保所有零件完好无损，传感器和电机工作正常。
• 熟悉场地 ：提前到达比赛现场，熟悉场地环境，调整机器人参数。
• 心理准备 ：保持良好的心态，相信自己和团队的努力。

准备事项	描述
检查机器人状态	确保所有零件完好无损，传感器和电机工作正常
熟悉场地	提前到达比赛现场，熟悉场地环境，调整机器人参数
心理准备	保持良好的心态，相信自己和团队的努力

9. 结语

通过上述内容的学习，相信大家已经掌握了构建和编程LEGO MINDSTORMS相扑机器人的基本方法和技术要点。无论是选择小型快速策略还是大型相扑策略，都需要不断实践和探索，才能在比赛中脱颖而出。希望每位爱好者都能在这个充满挑战与乐趣的过程中找到属于自己的成功之路。