今天的帖子，Maitreyee Mordekar想向你介绍来自印度孟买K. J. Somaiya工程学院的KJSCE Robocon团队。该团队在2020年的National-DD Robocon上获得了全印度排名8的成绩，并在第一阶段和第二阶段获得了最高分。该团队将分享他们使用MATLAB和Simulink设计他们的机器人玩橄榄球游戏的经验。金宝app舞台是你们的!

物理身体模拟是任何机器人建造者设计的关键部分。它给设计师一个概念的可行性的想法，并有助于深入分析在不同的情况下的概念。我们，在MATLAB IP团队(包括西班牙帕瓦尔，Dhruv Joshi，Hritik贾斯瓦尔，Kamal Rohra和塔迦尔Viraj)团队KJSCE Robocon2020年,使用金宝app和Simscape来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(投掷机器人和踢机器人)。竞技场上的七名队员由两个机器人和五个障碍物组成，其中五个是防守队员。目标是使投掷机器人(TR)和踢机器人(KR)合作，并将球踢过两队共同的横梁。检查这个视频理解竞赛问题陈述。

在这篇博客中，我们将讨论:

• 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
• 完整驱动的设计
• 我们是如何准备设计机器人的?

我们是如何模拟橄榄球的?

因为问题是围绕着一个橄榄球展开的，所以我们首先要做的就是模拟一个橄榄球。当我们开始工作时，建模的特点是椭球形固体并未出现在《Simscape》中;哪一个被添加为a功能现在。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!

我们最初的想法是用几个小球体(可以想象成橄榄球里面有多个球体)来制作一个橄榄球。然而，由于它需要多次接触，因此所需的计算能力，将会高得多。因此，我们设计了一种生成定制接触面的新方法;我们使用球体组合来模拟椭球体

• 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，而不是创造成千上万个小点大小的球体接触力，使它在计算上更轻，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。

投掷机器人建模

存在的问题:

使用我们提出的设计理念，橄榄球5-6米射程的最佳压力范围是多少?用我们的想法是否有可能得到期望的范围?

我们建议的设计:

为了实现这一点，活塞的平移运动被提供给旋转的手臂与齿轮链轮的帮助。带动手臂旋转的链轮，使橄榄球产生抛射运动。

解决方案:

首先，我们使用Simscape和Simscape Multibody设计了我们所提议的物理设计。然后我们必须找到投掷球所需的确切压力。因此我们需要研究一些理论并将其应用到Simscape模型中。

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，

$Pressure \left (P \right) = frac{F}{A} \;和\;转矩\左(\tau \右)= r\乘以F$

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,

施加在链轮上的扭矩=链轮半径*施加在链轮上的力

$ tau_{链轮}= r * F_{s}$

我们将这个计算扭矩提供给与链轮在同一框架内的转动关节，最终导致圆周运动。

通过提供压力范围为4-6 bar，步骤为0.2 bar的各种输入，我们得到了橄榄球的轨迹。我们选择了11.25度作为垂直度的方向，因为对于给定的扭矩，我们实际上观察到这个角度的最大范围。

当橄榄球高度为零(用蓝线表示)时，球触地。我们找到了从发射地到相应的水平距离(用黄线表示)。在进行了模拟后，我们得到了期望的弹丸射程的压力范围为4 ~ 4.4 bar。

踢脚机器人的设计

存在的问题:

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?

我们建议的设计:

橄榄球被放置在一个与垂线成10度角的球座上。倾斜是为了解释在放置球时可能出现的任何微小的倾斜。马达将输出轴逆时针旋转330度，带动踢脚段和踢脚面旋转。踢面击打橄榄球，给它所需的动量，以实现所需的抛射运动。

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。

你现在可能已经明白了，我们在模拟踢球表面和球之间的机械脉冲。因此，我们需要接触刚度的细节，因为球变形轻微的脉冲。我们通过实验用铅笔、尺子、木板和测压元件确定了这一点。我们计算出平均刚度为73497.3 N/m

和投掷机构一样，我们在球和球座之间连接一个变换传感器，以获得球的x、y和z位移。然后我们验证距离机器人10米(黄线)的高度(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

在接下来的部分中，我们想要为踢机器人机器人找到最佳的可能路径，同时抓住从投掷机器人身边经过的橄榄球。这是为了确保机器人可以将球放置在一个尝试点，以确保它花最少的时间通过。

寻找最优路径

我们致力于使用Simscape Multibody开发整个竞技场。然后我们使用砖块固体和刚性转换块导入我们的踢机器人。与此同时，我们通过。step文件导入了底盘和车轮。

我们首先通过在重心上施加力来理解什么是最佳路径。我们使用各种路径让机器人到达TRY点1到5。通过仿真和时间分析，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。利用机器人的中心所经过的初始位置和期望位置，从理论上推导了TRY点4和5的方程。这些结果是

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

和

大概{$ Y = = 2.5 + \ 5.2 \ ast \ (x - 0.575 \右)}$

分别。我们为机器人的输入驱动提供了这些输入。

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。

完整的车轮旋转驱动

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)。

在Simulink中采用PID控制逻辑控制机器人通过竞技场金宝app。我们使用两个pid级联来控制机器人。采用外PID控制，根据变换传感器的读数达到设定的目标点。根据变换传感器的读数，将PID的输出输出到给车轮转动关节速度的内部PID中，从而准确地模拟实际机器人中使用的伺服系统。

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?

提出的模型使用MathWorks工具成功模拟，这帮助我们在没有严格物理测试的情况下完成了我们的机器人设计。这对于节省时间和人力是一个巨大的帮助，因为在这个前所未有的时代，我们不能立即访问硬件。

我们建造机器人的旅程从斜坡弯道这是一个很好的开始。一旦我们觉得我们已经掌握了基础知识，我们继续检查MATLAB和Simulink Robotics Arena的视频金宝app学生教程和视频页面。对我们特别有帮助的视频是模拟投掷机器人机构；对我们来说，根据我们的需求开始构建模型是非常重要的。这帮助我们提高了基础知识，这样我们就可以继续应用基础知识来构建投掷机器人和踢球机器人，以便与对手队进行橄榄球比赛。

我们感谢MathWorks为我们提供了一个健壮的物理建模仿真平台。

我们希望你喜欢我们的博客，如果你有任何问题或意见，请随时与我们联系roboconkjsce@somaiya.edu.!你也可以查看我们的视频，模型文件和我们的旅程！