如何提高FLL比赛机器人的稳定性

czsng

   

       参加FLL竞赛项目的人，都会体会到乐高器材工作的稳定性是个大问题。在赛场上常常会听到有人很郁闷的说：“在家里调的好好的，到这里就不行了。”

      乐高器材是塑料件，并且采用拼装的连接方式。这就注定了结构件的强度，精度，稳定度不会太好。再加上目前常用的主控器EV3端口仅仅四个输入，马达内部齿轮间隙很大，计数器内部反馈，种种因素，使得机器人工作稳定性不高。在家里调试得很好，往往比赛中就出问题了。尤其在科协全国赛上，五、六场比赛中只要一次有较多的失误，就很难取得好名次了。

      所以，在FLL比赛方案设计中，如何提高机器人的稳定性，是一个很重要的方面。

      那么，怎么样提高机器人的稳定性呢？这里介绍一下我的几条经验。

      首先，设计制作机器人结构件时要尽量做得牢固，前后左右上下多处连接紧固，多采用带拐角的零件，多用些插销。使结构不易松散变形。形状稳定了，性能才可能稳定。

      其次，在设计完成任务的方案时，充分认识到机器人的行走和动作具有较大的误差，尽可能让设计方案具有较大的容差范围。这样当机器人行动出现误差时，还能够完成预定的任务。比如，我们要机器人到某处放一个物品，机器人行走到该处会有1-2厘米的误差，那么设计方案就要考虑机器人在2厘米变化的范围内都能放准的办法。

      第三，也是重点，就是要想方设法消除误差，尤其是积累误差。

      前面两点是基本原则，要努力去做到，但不是能完全实现的。塑料件拼装，再牢固也比不上金属件的强度和稳定性。容差范围有许多客观限制，不可能随心所欲的放宽。所以我们只能在第三点上多花功夫，多采取一些措施。

      机器人独立行走时必然会有一定的误差。尽管EV3主控器能通过马达计数器的反馈来控制马达的旋转角度，但是轮胎与地面的相对运动无法控制和矫正。一个简单有效的方法就是让机器人沿着边框行走，这样误差会小很多。有人寄希望于陀螺仪。且不考虑乐高陀螺仪常常漂移的毛病，就精度而言，就不够要求。乐高陀螺仪的分辨率是百分之一。在偏差正负1度内是没有读数变化的。也就是说，当机器人直走一米时，左右偏差在正负1厘米范围内。这样的精度在要求高的场合是不能容忍的。所以还是靠边框行走最可靠。

      问题是机器人不是到处都有边框可以依靠。在无法利用边框时，要不断的想办法来消除误差的积累。利用固定的场地模型，一小段边框，黑线，场地图案等等，让机器人重新定位。这样，前面的行走误差就消除了。不断的刷新，机器人就不会产生较大的误差，再配合前面的措施，比赛的稳定性就大大的提高了。

     下面举个例子说明一下。参考视频。（这是一个稳定方案中最不稳定的一步）

     机器人依靠边框和基地图案确定好出发位置，可以大致保证误差不是太大。但是实际上还是存在误差的。我把它分解为纵向的误差Y和横向的误差X。在机器人经过中间的黑线时，光感反馈让马达计数器重置，消除了大部分的误差Y。接下来机器人转弯，采取了减少误差的子程序，使转弯误差较小，同时转弯后行进距离不大，能保证误差在较小的程度。在机器人转弯后走向井盖时，利用光感检测灰色的“河流”，消除了横向误差X。这样机器人来到井盖前的位置基本不变，保证了翻井盖的成功率。

      后面，同样利用“靠边框走”，“检测黑线”，“转弯子程序”，等措施，保证机器人行走的误差不大，并且不断的消除。

      虽然FLL的方案是五花八门的，但是按照上面三条思路去努力，一定会大大的提高稳定性。希望以后在FLL的赛场上常常听到有人开心的说“家里调好了，到处都很好。”

      愿这篇小文章对参加FLL活动的朋友有所帮助。本人是个“70后”，参加过多次FLL比赛，现在退休了，也乐意与FLL同行们交流，请站内信留下联系方式。

天荒地老

学习了，谢谢楼主分享

sea1g

非常好的帖子！我今年fll也出现了误差太大的问题！多谢楼主提供思路！另外希望楼主能共享下转弯子程序，我自己编写的转弯模块还是会出现很大的误差、

方老师

感谢前辈的总结，参加了本次的FLL比赛，也是遇到稳定性的问题，一直在研究尽量减小积累误差的办法，刚开始用陀螺仪，从出发开始用P控制，再加上角速度积分，但是由于陀螺仪分辨率的问题以失败告终。后来想用侧面超声波的办法进行定位直线移动，因为超声波的精确度是毫米，前后各装了一个，但是由于超声波反馈时间较长，还是达不到预期的精准，但是我觉得这个沿着这个思路可以继续做下去，希望可以和您共同探讨这方面的问题。

paopao31224

感谢分享经验

czsng

超声波传感器的精度其实并不高，因为在实际使用中不能保证传感器始终垂直反射面。
举例：机器人侧面装超声波传感器面对墙壁，让机器人保持一定距离平行墙壁前进。当机器人走得很直，超声波始终垂直墙壁，走得很好。一旦机器人有些偏向墙壁，传感器不再垂直墙壁，读数就会偏大，主控器会误判机器人远离墙壁了，会发出指令让机器人转向墙壁，几个循环下来，机器人就撞墙了。

beyond428

感谢分享，有空方便加联系，交流

BrownPencil

多谢您的分享，很有帮助

czsng

不用谢，互相学习交流。

鲸屿。

今年也是第一次参加比赛，主要的想法是从程序上突破，所以车体结构做的非常简单，EV3官方的小车改了改，做出来一个“铲斗”，需要经常转弯。
程序方面主要用的方法有：
1.大段直行的时候使用陀螺仪修正偏差，虽然会修正角度，效果不是特别好，会有横向的偏移。
2.定位使用光感在黑线处进行垂直矫正，这个程序写的不是很好，效果一般，只能做到不是偏斜的很多。
3.转弯使用陀螺仪转弯，也是会有误差，只能通过降低速度，来提高精准度。
4.定位使用了靠墙定位，让车后退顶边墙，起到一种矫正作用，但是因为直行积累的误差，导致位置还是会有变化。
谢谢您的分享，也希望和您交流交流。

czsng

鲸屿。 发表于 2018-5-9 20:14
今年也是第一次参加比赛，主要的想法是从程序上突破，所以车体结构做的非常简单，EV3官方的小车改了改，做 ...

你已经考虑了一些细节，很好。陀螺仪本身精度有限，出现误差是正常现象，要靠其他方面来补救。

1065459522

可以加好友交流一下吗 qq1065459522

Sky94

学习了 感谢前辈分享 可否加个微信进一步请教？15051803634