20、探索机器人相扑：从概念到实战-优快云博客

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/t8u9v0/article/details/148979236

探索机器人相扑：从概念到实战

1. 什么是机器人相扑？

机器人相扑是一项极具挑战性和趣味性的竞赛活动，它融合了机械工程、编程和策略设计。这项比赛的目标是让两个自主机器人在限定的区域内互相竞争，直到一方将另一方推出场外。机器人相扑不仅仅是力量的较量，更是智慧和技术的对决。

1.1 机器人相扑的比赛规则

机器人相扑的比赛规则相对简单，但也有一些细节需要注意：

场地：比赛在一个圆形或方形的平台上进行，平台边缘有明显的标记线。
目标：双方机器人需要将对方推出平台，或者迫使对方触碰平台边缘的标记线。
时间限制 ：比赛通常设有一段时间限制，超过时间仍未决出胜负，则根据具体规则判定。

1.2 机器人相扑的分类

根据机器人的大小和设计策略，机器人相扑可以分为以下几种类型：

类型	描述
小型快速	强调速度和灵活性，适合初学者和小型比赛
中型（M级）	平衡速度和力量，适合中级玩家
大型相扑	注重力量和稳定性，适合高级玩家

2. 构建你的第一个相扑机器人

2.1 选择合适的硬件

构建一个成功的相扑机器人，首先要选择合适的硬件。常用的硬件包括：

乐高MINDSTORMS套件 ：提供了丰富的机械零件和传感器，适合初学者和中级玩家。
电机：用于驱动机器人运动，选择时要考虑功率和扭矩。
传感器 ：如触碰传感器、光线传感器等，用于感知环境变化。

2.2 设计和构建

2.2.1 小型快速策略

小型快速策略的关键在于速度和灵活性。以下是一个简单的构建步骤：

底盘构建 ：使用轻质材料构建底盘，确保机器人整体重量较轻。
安装电机 ：选择两个高转速电机，安装在底盘两侧。
添加传感器 ：安装触碰传感器和光线传感器，用于检测对手和边界。

2.2.2 示例：Zip-Bam-Bot底盘构建

Zip-Bam-Bot是一款典型的采用小型快速策略的相扑机器人。以下是其构建步骤：

准备材料 ：确保你有RIS套件，如图3-2所示的物料清单。
构建底盘 ：
- 步骤1：铺设两块2x10的板子。
- 步骤2：添加四根1x12的梁和两根1x4的梁，并插入八个摩擦销。
- 步骤3：在步骤2中添加的销上再安装两根1x12的梁。
安装电机 ：
- 步骤4：将电机及其配套的电线连接到梁上。
- 步骤5：确保电线连接正确，电机安装稳固。

2.3 编程

编程是让机器人具备自主行动能力的关键。以下是一个简单的编程流程：

初始化 ：设置初始参数，如电机速度、传感器阈值等。
主循环 ：编写主循环，持续监测传感器数据并作出相应反应。
动作控制 ：根据传感器反馈，编写具体的动作控制逻辑，如前进、后退、转弯等。

2.3.1 示例：Zip-Bam-Bot的NQC编程

以下是一个简单的NQC编程示例：

task main() {
    // 初始化
    OnFwd(OUT_A + OUT_C, 75);

    // 主循环
    while(true) {
        if (SensorValue[S1] == 1) {
            // 触碰传感器触发，执行相应动作
            Off(OUT_A + OUT_C);
            OnRev(OUT_A + OUT_C, 75);
            Wait(500);
            OnFwd(OUT_A + OUT_C, 75);
        }
        if (SensorValue[S2] < threshold) {
            // 光线传感器检测到边界，执行相应动作
            Off(OUT_A + OUT_C);
            TurnRight();
        }
    }
}

void TurnRight() {
    OnFwd(OUT_A, 75);
    OnRev(OUT_C, 75);
    Wait(500);
    OnFwd(OUT_A + OUT_C, 75);
}

3. 策略设计

3.1 策略的重要性

策略设计是机器人相扑中不可或缺的一部分。一个好的策略不仅能提高胜率，还能让比赛更具观赏性。以下是几种常见的策略：

进攻型 ：主动出击，试图迅速将对手推出场外。
防守型 ：保持稳定，等待机会反击。
混合型 ：结合进攻和防守，灵活应对不同情况。

3.2 策略实施

3.2.1 攻击与防守的平衡

在实际比赛中，如何平衡攻击和防守是关键。以下是一些建议：

进攻：利用高速和灵活的动作迅速接近对手，尝试将其推出场外。
防守：保持稳定的姿态，避免被轻易推倒，同时寻找反击的机会。

3.2.2 策略调整

根据比赛中的实际情况，适时调整策略。例如：

遇到强力对手 ：调整为防守型策略，减少不必要的进攻。
遇到速度型对手 ：调整为进攻型策略，利用速度优势迅速取胜。

3.3 策略示例：Zip-Bam-Bot的策略

Zip-Bam-Bot采用了小型快速策略，主要依靠速度和灵活性。以下是其策略要点：

快速反应 ：利用光线传感器快速检测边界，及时调整方向。
灵活机动 ：通过触碰传感器感知对手位置，灵活调整进攻角度。

以上是构建和编程小型快速相扑机器人的初步介绍。接下来，我们将深入探讨中型和大型相扑机器人的构建和编程技巧，以及更多高级策略的应用。

4. 中型（M级）相扑机器人的构建与编程

4.1 中型相扑机器人的特点

中型相扑机器人（M级）在速度和力量之间取得了良好的平衡，适合中级玩家。这类机器人通常具备以下特点：

结构稳固 ：相比小型快速机器人，中型机器人更加注重结构的稳固性。
多功能传感器 ：配备更多的传感器，如光线传感器、触碰传感器和旋转传感器，以增强感知能力。
复杂编程 ：支持更复杂的编程逻辑，能够执行更为精细的任务。

4.2 构建中型相扑机器人

4.2.1 材料准备

构建中型相扑机器人需要更多的零件和更复杂的结构。以下是一个典型的物料清单：

零件名称	数量	颜色
2x10板	2	黑色
1x12梁	4	黑色
1x4梁	2	黑色
摩擦销	8	透明橙色
高扭矩电机	2
触碰传感器	2
光线传感器	2
旋转传感器	1

4.2.2 构建步骤

底盘构建 ：
- 步骤1：铺设两块2x10的板子。
- 步骤2：添加四根1x12的梁和两根1x4的梁，并插入八个摩擦销。
- 步骤3：在步骤2中添加的销上再安装两根1x12的梁。
安装电机和传感器 ：
- 步骤4：将两个高扭矩电机安装在底盘两侧。
- 步骤5：在机器人前方和后方分别安装触碰传感器。
- 步骤6：在机器人底部中央安装旋转传感器，用于检测方向。
安装光线传感器 ：
- 步骤7：在机器人前方和后方各安装一个光线传感器，用于检测边界。

4.3 编程中型相扑机器人

中型相扑机器人的编程需要更复杂的逻辑，以充分利用其多功能传感器。以下是一个示例编程流程：

初始化 ：设置初始参数，如电机速度、传感器阈值等。
主循环 ：编写主循环，持续监测传感器数据并作出相应反应。
动作控制 ：根据传感器反馈，编写具体的动作控制逻辑，如前进、后退、转弯等。

4.3.1 示例：M级相扑机器人的NQC编程

以下是一个简单的NQC编程示例：

task main() {
    // 初始化
    OnFwd(OUT_A + OUT_C, 75);
    SetSensorLight(S1);
    SetSensorTouch(S2);
    SetSensorTouch(S3);
    SetSensorRotation(S4);

    // 主循环
    while(true) {
        if (SensorValue[S2] == 1 || SensorValue[S3] == 1) {
            // 触碰传感器触发，执行相应动作
            Off(OUT_A + OUT_C);
            OnRev(OUT_A + OUT_C, 75);
            Wait(500);
            OnFwd(OUT_A + OUT_C, 75);
        }
        if (SensorValue[S1] < threshold) {
            // 光线传感器检测到边界，执行相应动作
            Off(OUT_A + OUT_C);
            TurnRight();
        }
        if (SensorValue[S4] > 180) {
            // 旋转传感器检测到方向变化，调整方向
            Off(OUT_A + OUT_C);
            TurnLeft();
        }
    }
}

void TurnRight() {
    OnFwd(OUT_A, 75);
    OnRev(OUT_C, 75);
    Wait(500);
    OnFwd(OUT_A + OUT_C, 75);
}

void TurnLeft() {
    OnFwd(OUT_C, 75);
    OnRev(OUT_A, 75);
    Wait(500);
    OnFwd(OUT_A + OUT_C, 75);
}

5. 大型相扑机器人的构建与编程

5.1 大型相扑机器人的特点

大型相扑机器人（Big-Sumo）注重力量和稳定性，适合高级玩家。这类机器人通常具备以下特点：

强大推力 ：配备多个高扭矩电机，能够产生强大的推力。
坚固结构 ：采用更坚固的结构设计，确保机器人在对抗中不易损坏。
复杂编程 ：支持更复杂的编程逻辑，能够执行更为精细的任务。

5.2 构建大型相扑机器人

5.2.1 材料准备

构建大型相扑机器人需要更多的零件和更复杂的结构。以下是一个典型的物料清单：

零件名称	数量	颜色
2x10板	4	黑色
1x12梁	8	黑色
1x4梁	4	黑色
摩擦销	16	透明橙色
高扭矩电机	4
触碰传感器	4
光线传感器	4
旋转传感器	2

5.2.2 构建步骤

底盘构建 ：
- 步骤1：铺设四块2x10的板子，形成一个更大的底盘。
- 步骤2：添加八根1x12的梁和四根1x4的梁，并插入十六个摩擦销。
- 步骤3：在步骤2中添加的销上再安装四根1x12的梁。
安装电机和传感器 ：
- 步骤4：将四个高扭矩电机安装在底盘两侧。
- 步骤5：在机器人四个角各安装一个触碰传感器。
- 步骤6：在机器人前后各安装两个光线传感器。
- 步骤7：在机器人底部中央安装两个旋转传感器，用于检测方向。

5.3 编程大型相扑机器人

大型相扑机器人的编程需要更复杂的逻辑，以充分利用其多功能传感器。以下是一个示例编程流程：

初始化 ：设置初始参数，如电机速度、传感器阈值等。
主循环 ：编写主循环，持续监测传感器数据并作出相应反应。
动作控制 ：根据传感器反馈，编写具体的动作控制逻辑，如前进、后退、转弯等。

5.3.1 示例：大型相扑机器人的NQC编程

以下是一个简单的NQC编程示例：

task main() {
    // 初始化
    OnFwd(OUT_A + OUT_B + OUT_C + OUT_D, 75);
    SetSensorLight(S1);
    SetSensorLight(S2);
    SetSensorTouch(S3);
    SetSensorTouch(S4);
    SetSensorRotation(S5);
    SetSensorRotation(S6);

    // 主循环
    while(true) {
        if (SensorValue[S3] == 1 || SensorValue[S4] == 1) {
            // 触碰传感器触发，执行相应动作
            Off(OUT_A + OUT_B + OUT_C + OUT_D);
            OnRev(OUT_A + OUT_B + OUT_C + OUT_D, 75);
            Wait(500);
            OnFwd(OUT_A + OUT_B + OUT_C + OUT_D, 75);
        }
        if (SensorValue[S1] < threshold || SensorValue[S2] < threshold) {
            // 光线传感器检测到边界，执行相应动作
            Off(OUT_A + OUT_B + OUT_C + OUT_D);
            TurnRight();
        }
        if (SensorValue[S5] > 180 || SensorValue[S6] > 180) {
            // 旋转传感器检测到方向变化，调整方向
            Off(OUT_A + OUT_B + OUT_C + OUT_D);
            TurnLeft();
        }
    }
}

void TurnRight() {
    OnFwd(OUT_A + OUT_B, 75);
    OnRev(OUT_C + OUT_D, 75);
    Wait(500);
    OnFwd(OUT_A + OUT_B + OUT_C + OUT_D, 75);
}

void TurnLeft() {
    OnFwd(OUT_C + OUT_D, 75);
    OnRev(OUT_A + OUT_B, 75);
    Wait(500);
    OnFwd(OUT_A + OUT_B + OUT_C + OUT_D, 75);
}