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基于軟件方面的機器人結構缺陷彌補方法
1.引言
全國機器人大賽的比賽項目眾多，其中雙足競步組對參賽者的要求是以自主設計為主，其主要包括機械結構部分，硬件電路部分和軟件部分。其中的難點是機械結構部分的設計。
由于學生設計經驗，操作技術水平和生產設備的限制。制作出來的部件很難符合設計的要求 ，這將對機器人的運行產生嚴重的影響。本文主要針對競步交叉足機器人機械結部分存在的這一問題。把機械結構部分與軟件部分相結合。用軟件部分設計的靈活性來彌補機械結構部分設計時不可必免的缺陷。從而消除機械缺陷對機器人的影響，使機器人能夠運行的更加穩定 。
2.機械結構缺陷分析
通過觀察各參賽隊的機器人，作者發現各參賽隊的機器人都存在著一個普遍問題，在走路和翻跟斗時都會偏離原定路線很多。有的還會走出邊界，只好人為干預。這大大影響了比賽成績。經過仔細觀察和分析作者得出其主要原因是機械結構存在著如下幾方面的缺陷。
（1）旋轉關節不同軸
機器人所用的無論是數字舵機還是普通舵機，大多數都是一面有軸，而另一面無軸。為了連接時的方便和增加旋轉時的機械強度，參賽者都會在無軸的一面人為的加上一段軸，再者就是在制作連接件時，由于參賽者的操作技術水平和生產設備的限制。會使連接件在打孔時中心不在一條直線上。這都將導致在旋轉時的不同軸問題。旋轉時的不同軸會使機器人存在很多缺陷，主要表現為：
①腿將表現出外八字或是內八字，如果左右腿偏離中心線的角度不一致，這將導致在走路時向一個方向偏移。
②腳面無法放平，使腳面著力不均勻。使機器人在走路和翻跟斗起身時由于重心不穩而摔倒。在翻跟斗起身時還會由于腳面沒有放平發生扭動，使機器人偏離原定路線。
（2）機械連接處松動
多數機器的舵機與連接件，連接件與連接件之間采用螺絲連接。這種連接方式在機器人運動時最容易產生松動。而這一點不易被參賽者發現。產生松動以后，將對機器人產生很大的影響，即使是同樣的程序，調試的效果也是不一樣的。而參賽者往往認為是程序的問題，一味的去更改程序，至使這一問題越來越嚴重。
（3）重心偏移
機器人大賽中的競步機器人近似長方體形狀，重心應位于幾何中心。然而由于設計的配重不 當。往往使機器人的重心偏離幾何中心。這是導致走路和翻跟斗時不穩的主要原因之一。
如果重心偏高，將使機器人在向前后翻跟斗起身時不穩，甚至摔倒。如果重心偏左或偏右，左腳和右腳所承受的重力不均勻，走路時會發生向一面擺晃現象，走路是的速度越大擺晃程度就越明顯，為了保持穩定性，只好降低速度。這將大大限制了走路速度的提高，同時也影響走路時的直線性。使比賽無法順利完成。
3.缺陷軟件彌補方案
機器人機械結構上的缺陷主要表現比賽時的直線性上，有很多參賽者采用校正的方法來解決機器人的直線性問題。具體實現方法是，在硬件電路上增加電子軟盤傳感器。在機器人運行前確定運行的方向，以后每走幾步就校正一次。校正時，讓一只腿腳部的舵機轉動，對地產生扭力使機器人轉向。這種校正方法無法保證轉向的角度，至使每次校正時都要轉向多次才能得到理想的角度。而在校正時重心會發生偏移，此時無法保證機器人自身的穩定性，有摔倒的可能。而且這種的方法必須使機器人停下來進行，這將影響比賽的時間，得不償失 。
作者要闡述的是用軟件來彌補機械結構上的缺陷。來保證機器人在比賽時的直線性。與上述方法有很大的不同之處。具體有以幾點：
（1）走路的直線性調節，走路在整比賽中占很大的一部分，走路時保持直線性對順利完成比賽非常重要。我們知道，有些四驅的玩具車并沒有舵機，而是靠左右兩面輪子的轉速不同來實現轉向的，如果要向左面轉向，就放慢左面輪子的速度或增加右面輪子的速度，這樣就實現了向左轉向，而左右輪子的速度差不同，轉向的角度也不同。因此，轉向的角度可用速度差來控制。通過驗證同樣的原理也適用于機器人走路。機器人在走路時多數是向一個方向偏離原定路線，可以用軟件來調節左右腿在邁步時的速度來調節機器人走路時的方向。
用這種方法去彌補因機械結構造成機器人走路時偏離原定路線的缺陷，最終達到保持機器人在走路時的直線性。
用軟件來調節機器人左右腿在邁步時的速度是容易實現的。這種方法可以靠左右腿的速度差對機器人的行走路線進行微調，全過程都是在走路行進中進行的，有利于走路速度的提高，并且不需改變重心，保證了穩定性。
（2）翻跟斗的直線性調節，翻跟斗時偏離原定路線，主要是由于旋轉關節不同軸，造成腳面無法放平在起身時腳面發生扭動引起的。對于這一問題，我們可以用軟件調節另一只腳對地的著力點，使機器人在起身時，兩只腳產生不同方向的扭力，來保證在起身時不發扭動現象。
（3）重心位置的調節，機器人的重心位置是決定機器人運動時穩定性的主要因素，對于競步機器人，重心置于中心線偏下時有利于行走和向前翻跟斗。很多參賽者的機器人重心偏離中心線，首先要將重心調回中心線，我們可以用軟件適當的調節左右腿的高度，來保證重心位于中心線上。在走路和向前翻跟斗時，用軟件調節使機器人呈現半蹲的姿勢，這樣就會使重心置于中心線偏下的位置。增加了走路時和向前翻跟斗起身時的穩定性。
4.結語
本文所介紹的用軟件來彌補機器人機械結構缺陷的方法，是作者在參加全國機器人比賽（雙足競步組）在調試時細心觀察并加以分析得出的，并應用于比賽中，取得了很好的成績 。
本方法在不降低機器人整體比賽時間的前提下，對影響機器人運行時直線性和穩定性的因素進行調節，很大程度上提高了機器人的直線性和穩定性。但由于全過程都是通過更改軟件程序進行調節，在每次調試前都要對機器人更新程序。因此增加了工作量和浪費了調試時間，這一問題有待改善。
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