气动竞赛机器人控制系统设计

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1、万方数据2009年第1期液压与气动7气动竞赛机器人控制系统设计关浩，蓝健，杨博龙TheDesignofPneumaticCompetitionRobotControlSystemGUANHao，LANJian，YANGBo—long(大连大学机械工程学院，辽宁大连116622)摘要：气动控制系统由于其结构紧凑、功能性强、方便控制、动作速度快等特点，被广泛应用予竞赛机器人中。该文介绍了一神气动机器人舔谖许方案，透过癍魇证明，该控稍系统结构简单，操作方便，运行乎稳，迭到设计要求。、关键词：竞赛机器人；气动传动；控稠系统中图分类号：'I'I-1138文

2、献标识码：B文章编号：1000-4858(2009)014)007-03竞赛橇器人是涉及入工智能、橇器入学、逶簇、传感、精密机械和仿生材料等诸多领域的前沿研究和技术集成，机器人竞赛实际上是人类高智能技术之间的对抗赛。因魏，参加撬器入竞赛是一颈体褒参与者设计、反应能力和团队协作精神的高科技活动。第四届亚太大学生机器人大赛在巾国北京举行，大赛主题为“登长城、点圣火”。竞赛把商场建孛的设置的火炬中投燃料球作为得分手段，中间设有5个火炬和4堆篝火盘，中间主火炬投入一球得5分，四周的篝火盘投入一球得1分。我校组酞参赛并设计了手动、自动两部机器人，本文主要叙

3、述了手动机器人的控制系统设计。l祝器人整体设计手动竞赛机器人主要功能是外围得分和破坏对方褥分。我们设计的手动机器人(觅图1)。驱动系统是采用四轮机构，前轮定向从动，后轮用一台直流电动机通蚕1气动机嚣人慧体结构黧避差逮器驱动。转向控裁逶过太扭矩舵槐改变驱动轮方向实现。拾球结构采用橡胶传送带形式，通过传送带与地鼷共园挤援燃料球，肉球施搬摩擦力，将球拾迸球舱。球舱与机器人框架融为一体。投球机构采用气缸驱动，以压缩空气瓶为气源。通过改变气缸运动速废改变发射轨迹，实现投球褥分，或者破坏对方得分，具有一机多用功能。由于本次机器人大赛是采用两参赛队对抗的方式，

4、逶遗对院赛规刘的分析与讨论，确定7我校参赛手动机器人制作的主攻方向，也是手动机器人设计的礴点，具有拾球和投球的功能。2巍器人控制方案按照已经确定的整体设计方案，手动机器人的核心之一就是投篮、射球机构，丽这一机构的动力元件我们选择蓰用气缸，并用电磁阀加鞭控制。其特性是在同等功率下，相对于电器装置，气压装鼹丽言体积小，重量轻，功率密度太，结构紧凑，控制比较方便，容易与电子控潮系统栩结合，适合蠡动纯程度商的场合。这些特性十分符合对比赛机器入的要求。气动元件的另一个十分重要的优点就是实现直线运动很方便，丽且速度也院较快。缺点是运动元件的运动位置不能精确控

5、制，通常只能进行满行程运动。但这个问题可以从机构设计方面进德弥补。收稿日期：2008-06-25作者简会：关浩(1955一)，男，满族，辽宁大连人，教授，主要获事流体传动与控稍方谣的教学与研究工作。万方数据8液压与气动2009年第1期按照设计方案要求，需要对一个大气缸和一个小气缸分别进行控制，使其能够按照一定的速度伸出和缩回。同时最好能够调节大气缸的运动速度，以便能够更灵活地调整射击角度。气源方面，使用一个压缩空气钢瓶作为主要气源。比赛规则规定，每场比赛时间最多为3min，因此用钢瓶储存一定数量的压缩空气作为气源，基本可以满足比赛要求。但为了保险

6、起见，在重量允许的情况下，还应加装一台小型电动充气泵，对钢瓶内的压缩空气进行实时补充。射球机构的气动回路控制，由于此回路比较简单，利用开关直接控制电磁阀即可完成动作；机器人的转向由舵机控制，通过采用555集成电路改变控制信号的占空比来控制便可实现动作；机器人的前进、后退及变速功能，以及吃球、投球等动作由于其逻辑复杂，为了减少操作者的工作量，降低人工操作失误的可能性，使其更容易把精神集中在掌握整个比赛节奏上，我们采用PLC来控制，实现了自动化控制。3机器人控制系统设计3．1投球动作气动回路设计3．1．1投球机构投球机构的设计如图2所示，该机构是由2

7、个气缸来驱动的，气缸1实现投球功能，气缸2用于调整投射角度。图2投球机构示意图投球机构的气动控制原理图如图3所示，2个气缸均用二位五通电磁阀控制气路的通断，采用流量调图3投球气缸气动回路节阀来有效地控制气缸运动速度。节流阀的流量需要经过实验反复调节，观察整个机构的运动速度，达到要求之后用螺纹扣件锁死。气缸1是燃料球投射机构的主要运动部件，调整它的运动速度就可以改变射球力度和射球弹道轨迹。要想在赛场上根据情况灵活地改变射球距离和力度，就要为气缸1设计一套可控的调速模块。我们采用的方案是在控制大气缸的主电磁阀F1的出气口并联3个二位三通电磁阀F3、F

8、4、F5，在每个二位三通电磁阀的出气口上接一个节流阀(J3、J4、J5)。3个节流阀的流量经过试验后设定为3个不同的值，即3种不同的运动