篮球机器人训练中碰到问题及解决方案

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【摘要】针对篮球机器人比赛训练过程中容易出现的追光、摆动、转角不精确等问题，本文结合编程思路以及机器人特性等方面提出了一些改进方法，有效的解决了影响机器人运行和投篮的负面因素。这些问题的解决对设计机器人和参加机器人比赛训练都提供了很好的方法。

【关键词】篮球机器人;追光球;运动摆动

Abstract：To solve the specific problems in controlling the basketball robots， such as the inaccuracy in chasing the ball， shaking of robots or imprecision of rotation， this article， considering computer programming and physical properties of basketball robots， offers some corrective ideas， which effectively counterbalance the negative factors that affect the performance of robots in moving and shooting. All this solutions are vital in designing the basketball robots， debugging programs of robots and defeating other robots in actual competitions.

Key words：basketball robots;chasing luminous balls;shaking of robots

1.引言

近些年来机器人比赛在初、高中生人群中变得很流行，同学们都希望参加机器人竞赛学些计算机、智能机器人等方面知识。通过对投篮机器人训练，发现只对厂家设计的机器人能够熟练操作是不够的，运动中会有各种问题、各种情况，需要自己在运行过程中发现问题，并对机器人运行进行系统学习以及通过编程来自己控制机器人[1]。

2.追光效率及摆动问题及解决方法

2.1 机器人追光效率问题及解决方法

机器人设计有14个红外复眼，在进行机器人追光过程中，普遍做法是让机器人在机体四周的14个红外复眼进行测距，发现一个信号强度最大的传感器，然后进行顺或逆时针转动使机器人前方传感器红外信号最大，以确定其为球路并进行直线加速撞击球[2]。根据光强测距、测方向过程中，中间7和8，1和14，距离较近，但导致的转向角度相反，但是在转向过程中机器始终是以头为正方向进行方向矫正，导致经常机器人需要转一个大弯才能找到正前方向，在竞技比赛中是失去好的抓球机会的重要原因[3]。

图1 程序流程图

采用C语言编写程序并调试，加入了利用机器尾部进行撞击的程序片段。图1为程序流程图。在实际测试中左右电机存在差异性，造成机器人走不直，可调节左右电机的功率值。

2.2 机器人摆动问题及解决方法

在实际试验中上述方案存在另一个问题，当球距离很远时，两个复眼传感器感知的红外值会很相近，这个问题会在球正好在机器正侧面时，机器会判断到底是顺还是逆时针转向，最后会导致机器发生抖动的现象。由于14个复眼是按照平面直角坐标系中的0-360度分布，所以当1-4，4-7，8-11，11-14之间很好决定，因为两个相近的传感器的不同导致的动作是相同的，但当球正好在7，8之间或是1，14之间容易出现摆动问题。

解决办法采用距离球很远时两个相近采集点默认为一个，比如在7，8的判断中，默认为7，当然这只适用于远距离，因为转角很小所以真转反转对转向时间影响不大。但是对于小的距离，转角的偏差会更大，所以强行默认使用上一次判定的有效传感器，比如这次是8传感器信号强度更大，但是上次是7传感器信号大，于是默认上一次的7传感器在这一次的校准中有效，因为在转向过程中出现的7，8不定一般都是由于测量不准造成的，正常应该是在转向过程中7不断接近4，而8不断接近11.当机器发生抖动时，机器默认执行上一次的传感器序号判断导致的动作，也就是说上次是左转，这次测量值告诉机器右转，机器依然左转，几个轮回矫正后机器的转角会脱离7，8或1，14的抖动区域，进行正常的转向。

3.转角不精确问题及解决方案

3.1 转角不精确问题

在进行机器人的实验中，发现机器人有自身的误差，因此动作和程序有偏差，比如转弯90度的指令在实际实施中转角大于90度，因为机器人的电机有惯性导致转弯角度不完美。但是既然是可编程机器人就一定有办法纠正这些误差[5]。以下实验展示解决办法。

3.2 解决方案

在训练中有个有趣的实验程序是让机器进绿区，也就是两个半场的蓝框底下一定范围的区域，让机器人根据指南针的值转动机身，让头正对对这边线，也就是示意图中正上方，然后通过电机移动在正方形前后移动车身使其距离等于边线到场的中心的距离，然后转向使车身对这篮筐的边线，然后前进，当距离=5cm停。

于是易产生转角的误差，机器在向篮筐前进时就会偏航使其很难到绿区。调试程序微调运行角度直至误差在一定内。修改程序时需加判定和循环，但要注意的是调整时马达的输出速度调幅不要太大，否则即使角度对了实际位置也有很大偏差。

根据角度成比例进行调节，角度越大轮子速度差越大，机器人的轮子速度和角度要经过测量然后确定合适关系，否则会发现速度不足的情况，影响效率，当然可以设定速度最小值来解决，如y=kx+b，将b常数设大一点，接近正常直线行驶速度，这样调整幅度可以进行一定限制。

4.结束语

篮球机器人比赛中机器人运动效率问题、运动摆动、转角不准问题都影响机器人运动效果的，也是比较难以解决的问题。通过大量试验，本文结合机器人运动特点和场地情况很好解决了这些问题，提高了篮球比赛机器人运动控制精度。

参考文献

[1]任国华.移动机器人轨迹跟踪与运动控制.机械设计与制造[J].2014（3）：100-102.

[2]张德惠.篮球对抗赛机器人的研究及实现，内蒙古民族大学学报[J].2008，23（5）：530-533.

[3]杨军.竞赛用投篮自动机器人机构运动分析[J].西南科技大学学报，2004（9），19（2）：12-15.