对于今天的帖子，Maitreyee Mordekar想向您介绍来自K.Mumaiya工程学院K. J. Somaiya工程学院的Kjsce Robocon。该团队在国家DD Robocon 2020中获得了全印度排名8，以及获得第1阶段和竞争阶段的最高分。该团队将分享他们使用MATLAB和SIMULINK来设计其机器人来玩橄榄球游戏的经验。万博1manbetx舞台就是你的！

物理体模拟是任何机器人建设者设计的重要组成部分。它为设计师提供了一个关于概念可行性的想法，并在不同情况下有助于彻底的分析。我们，在Matlab IP团队（包括茴香木瓜,Dhruv Joshi,赫里蒂克·贾斯瓦尔,Kamal Rohra和塔迦尔Viraj)KJSCE机械人队2020年，已使用万博1manbetx和simscape.创建各种机制的模拟国家DD-Robocon 2020机器人技术的竞争。

他们的任务是开发玩橄榄球的机器人，包括踢和运送橄榄球。比赛是打一场橄榄球7的比赛使用两个机器人（投掷机器人和踢球机器人）。竞技场中的七名成员团队由两个机器人和五个障碍物组成，作为五名卫冕球员。目标是使投掷机器人（TR）和踢球机器人（KR）机器人能够在两支球队的横梁上进行协作和踢球。查看这个视频了解竞争问题陈述。

在这个博客中，我们会谈论：

• 我们是如何模拟橄榄球的？
• 踢球机器人和投掷机器人的问题陈述，设计方案和验证
• 定性驾驶的设计
• 我们是如何准备设计机器人的？

我们是如何模拟橄榄球的？

因为问题是围绕一个橄榄球展开的，所以我们首先要做的是建立一个橄榄球模型。当我们开始工作时，建模椭圆形固体在Simscape中不存在；添加为特征现在。我们花了大约一周的时间来建模，现在可能只需要一个简单的块就可以完成了!

我们最初的想法是从几个小球体（可以想象为橄榄球球内部的多个球体）创建一个橄榄球球。然而，由于它需要多个触点，因此所需的计算能力会高得多。因此，我们设计了一种新的方法来生成定制的接触面；我们使用球体的组合来模拟椭球体

• 每个接触球从橄榄球的中心有一个固定的位移
• 我们根据橄榄球球的曲率半径来确定球体的半径。

这就是为什么，我们需要一些接触，而不是创建数千个小的点大小的球体接触力，使其计算更轻，更快。

这个近似模型给了我们一个准确的结果，帮助我们准确地模拟球和地面之间的碰撞。

投掷机器人的建模

问题是：

使用我们提出的设计理念的橄榄球球的射弹范围为5-6米的最佳压力范围是多少？是否有可能使用我们的想法获得所需的范围？

我们的建议设计：

为此，借助齿轮链轮将活塞的平移运动提供给旋转臂。链轮，使臂旋转，使橄榄球产生抛射运动。

解决方案：

首先是首先，我们设计了使用Simscape和Simscape Multibody的建议的物理设计。然后我们必须找到扔球所需的确切压力。而且，因此必须在一点理论上工作并将其应用于我们的Simscape模型。

我们需要了解施加在链轮上的扭矩之间的关系，以移动由输入压力控制的手臂。我们用物理方程，

$压力\左（p \右）= \ frac {f} {a} \;和 \;扭矩\左（\ tau \右）= r \ times f $

包括活塞的摩擦力，

力=(活塞所提供的压力*活塞面积)-活塞的摩擦力

$F{s}=（P*A）–F{F}F$

因此

扭矩施加到链轮=链轮半径*在链轮上施加的力

$ \ tau_ {skrocket} = r * f_ {s} $

我们将此计算扭矩提供给与链轮位于同一机架中的旋转关节，最终导致圆周运动。

通过以0.2巴的步长提供压力范围在4-6巴之间的各种输入，我们得到了橄榄球的轨迹。我们选择11.25度作为垂直角度的方向，因为对于给定扭矩，我们实际上观察到该角度的最大范围。

只要橄榄球球的高度为零（用蓝线表示），球就会接触地面。我们找到了与发射地点相对应的水平距离（用黄线表示）。在进行模拟之后，我们得到了在4到4.4巴的压力范围内所需的射弹射程。

踢腿机器人的设计

问题是：

为确保橄榄球越过横梁(位于离地面1.47米的高度，距离踢球机器人的位置10米)，对关节施加的最佳压力是多少?

我们的建议设计：

橄榄球被放置在一个带有10度的T恤上，垂直。倾斜应考虑在放置球时可能存在的任何次要倾斜。电动机在逆时针方向上旋转输出轴穿过330度，这反过来旋转踢截面和踢腿。踢的表面击中橄榄球，给出所需的射弹运动所需的动力。

解决方案：

踢球机制的接触模型与投掷机制中使用的模型相似，只是做了一些小的调整。只有球的下半部分与4个表面(2个球形和2个圆盘形;为了模拟地面和球以及踢球面和球之间的接触，整个球的接触面被建模。

正如你现在可能已经理解的，我们正在模拟踢面和球之间的机械冲动。因此，我们需要接触刚度的细节，因为球由于脉冲而轻微变形。我们用铅笔、尺子、木板和称重传感器进行了实验。我们计算出平均刚度为73497.3 N/m

与投掷机构一样，我们在球和发球台之间连接了一个变换传感器，以获得球的x、y和z位移。然后我们验证了在距离机器人10米处（黄线），高度（蓝线）大于1.47米，这意味着这是一个分数！

我们也尝试了从真实机器人上的模拟中得到的结果，正如预期的那样，结果与模拟一致。实际实验模型给出了应用扭矩范围为5.0 - 5.6 Nm时的最佳结果，这是由我们的仿真结果(5.2 - 5.4 Nm扭矩范围)确定的。

正在研究全息驱动

对于下一部分，我们希望找到踢的机器人机器人的最佳路径以及捕获扔机器人通过的橄榄球球。这是为了确保机器人可以将球放置在一个尝试状态下，以确保它需要距离遍历。

寻找最优路径

我们使用Simscape Multibody开发了整个竞技场。然后，我们使用砖块实体和刚性变换块导入了我们的踢腿机器人。除此之外，我们还通过.STEP文件导入了底盘和车轮。

我们首先通过在重心施加力来了解什么是最佳路径。我们使用各种路径让机器人到达试验点1到5。通过模拟和分析时间，我们发现对角线路径对TRY 2和3有效，而抛物线路径对TRY 4和5有效。我们通过使用机器人中心穿过的原始位置和期望位置，从理论上推导了试运行点4和5的方程。结果是

$Y==2.5+\sqrt{3.854\ast\left（x–0.575\right）}$

和

$Y==2.5+\sqrt{5.2\ast\left（x–0.575\right）}$

分别。并且，我们为机器人提供了我们的输入驱动器。

就像之前提到的，我们只是通过提供机器人重心的坐标来获得机器人的路径，这在很大程度上并不能准确地代表机器人在竞技场中的运动。

车轮转动的完整驱动

这里的主要挑战是设计全向轮的机械装置。我们导入了全向轮的. step文件，并使用了Simscape多体中可用的空间接触力特性。我们的全轮由塑料中心框架和橡胶滚轮组成。在进行模拟设计时，我们需要通过人工优化来准确确定两种材料的阻尼(我们以铬金属的阻尼为参考)。

我们使用Simulink中的PID控制逻辑通过竞技场来操纵万博1manbetx机器人。我们使用了两个PID用于级联以控制机器人。外部PID用于基于来自变换传感器的读数到达设定目标点。该PID的输出给出了基于从变换传感器的读数向车轮的旋转接头的速度产生速度，从而精确地模拟了实际机器人中使用的伺服电脑。

然而，由于时间轴，我们只能实现直线路径。这是我们将在未来几年改进和实现的事情。

我们是如何准备设计机器人的？

建议的模型使用MathWorks工具成功模拟，并帮助我们在没有严格的物理测试的情况下完成我们的机器人设计。考虑到我们没有立即访问这些前所未有的时期，这是节省时间和人力的巨大帮助。

我们建造机器人的旅程始于斜坡弯道这是一个很好的开始。一旦我们觉得我们掌握了基本知识，我们就开始检查来自MATLAB和Simulink机器人领域的视频万博1manbetx学生教程和视频页对我们特别有帮助的视频是投掷机器人机构仿真; 这是一个伟大的一点，我们开始建立模型，根据我们的要求。这有助于我们提高基础知识，以便我们可以继续应用基础知识来构建投掷机器人和踢机器人，以便与对手队进行橄榄球比赛。

我们感谢Mathworks为物理建模提供了一个强大的仿真平台。

我们希望您喜欢我们的博客，如果您有任何疑问或意见，请随时与我们联系Roboconkjsce@somaiya.edu.! 您也可以查看我们的视频,模型文件和我们的旅程!