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72 •电子技术与软件工程 Electronic Technology & Software Engineering
1 研究初衷
R O B O T A C 是R O B O T (机器人)+TACTIC(策略、战略)的缩写。ROBOTAC 是共青团中央和全国学联主办的"全国大学生机器人大赛"的赛事项目之一。全国大学生机器人大赛自2002年首次举办以来，目前已发展成为国内技术综合性最强、影响力
基于ROBOTAC 的仿生机器人设计及性能改进
文/梁璐1 潘丽1 占蔚2
最大的大学生机器人赛事，ROBOTAC 赛事将科技与娱乐相融合，成为激发青年大学生科技兴趣爱好，展现大学生创新实践能力和风采的重要平台。
比赛使用机器人来代替了游戏中的虚拟人物，其中的机器人，包括几个限定重量和尺寸的几个小车或仿生机器人，通过学生设计制造的机构实现“技能”。通过各种“技能”去攻击对方的机器人“血槽”，从而实现击杀。以攻占对方堡垒或“消灭”对方机器人的得分多的一方取胜。通过了解学习和分析动物的行走原理进而设计出具有仿真效果的机械装置，即仿生机器人，而ROBOTAC 赛事的仿生机器人不带血槽，因此除非损坏，生命不会终止。由于比赛规则的侧重，在赛事中仿生机器人的研究具有战略性的意义，因此设计出符合规则，能够参赛，运行良好，控制方便的仿生机器人对参加ROBOTAC 赛事尤为重要。景区拍照
2 研究思路
对于仿生机器人来说身上最重要的部位，就是它们的“仿生腿”（行走机构）。在对动物的行走姿态观察与电脑测算之后，决定其腿部利用各种轻便材料，可以以最高效的姿态模仿动物的腿部进行行走。
设计通过采集动物在行走时的一些数据，然后将它们抽象成几何原理图，按一定的尺寸将其连接起来从而实现模
仿动物行走的目的。此仿生机器人利用了塑料薄膜、PVC 细管、木头、胶条等轻便的材料，通过框架结构组合到一起。原理图如图1所示。
当在一个曲轴上，把至少6个这样的“仿生腿”，依照前后顺序组合起来，就形成了一个行走单元。如图2所示。而这样的“仿生腿”，也被证实在沙滩或松软地面上的行走速度超越了常规轮式机器人，它们无需像轮胎那样直接
述性规则处理的控制过程问题。
3.1 电导率模型建立方法
电极锅炉无补水正常运行过程中，并在一定的时间内保持内筒水位不变，锅炉输出的蒸汽以及系统循环水不断地产生损耗，内外筒的水将电导率将升高并趋于一致。由于电导率仪器检测，以及电导率安装在管道位置，内筒电导率的检测具有滞后性误差。
当预测电导率变化时，在前三分钟内每5秒收集一组电导率值，总共收集了36套初始数据。利用MATLAB 强大的计算功能和工具箱对网络进行仿真和训练，最后，得到用于预测的网络。这样，通过在运行数据库中输入短期用户历史负荷数据和未来预测的一些环境状态参数，就可以预测未来30秒内的电导率变化。并建立自动补水控制程序。3.2 模型预测流程
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如图3所示。3.3 预测结果验证方法
（1）控制电极锅炉系统在后30秒内不进行补水，检测并收集30秒内的5组数值，与预测结果进行对比分析。
（2）将该算法结合于原有PID 控制系统，电极锅炉系统在后30秒内根据预测结果进行自动补水，检测并收集试验时间内电流数值，与历史电流波动幅度进行对比分析。
4 结论
结合本文所研究的电极锅炉加热及无极调节的特点，阐述了基于人工神经网络对电极锅炉电导率预测的步骤和流程，详细论述了电导率神经网络模型的建立与实现。
本文叙述了预测模型准确性的验证方法，以预测所得的逐时电导率结果为基础进行优化电极锅炉运行决策，能更快速的做出补水响应，并自动计算自变化的实时补水量。
参考文献
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[3]曲延滨等.蓄热式电锅炉控制系统设计
[J].节能技术,2001(I):16-22.
[4]郭峰，夏青扬，刘杨.浸没式电极
锅炉原理及应用[J].能源研究与管理,2012(02):65-67．
作者简介
陈卫波（1981-），男，浙江省杭州市人。硕士研究生学位。高级工程师，从事电极锅炉系
水力测功器
统设计和研究工作。
作者单位
1.浙江盛达铁塔有限公司 浙江省杭州市 310000
2.南京工业大学土木工程学院 江苏省南京市 211800
图1：组装结构图
图2：行走单元图
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贴片变压器
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●2017年度甘肃省高等学校科研项目：2017B-99。2017年甘肃省科技计划创新创业小微企业（团队）项目17CX2JA031。兰州职业技术学院《Robotac 仿生机器人研制》项目。
接触每一寸的土地，减少了阻力。同时由于骨架很轻，仿生机器人又不会陷入砂中，并且很容易被小型马达所驱动。在该设计中用一个接受器安装车体上，用以接受发射机控制信号。利用4个小马达及减速箱作为驱动装置，利用锂电池为仿生机器人提供行走动力。各部分之间的连接关系如图3所示。
3 仿生机器人组装
仿生机构组装过程具体如下：首先将所有配件分类整理在一起，其中主要包含机械手臂12组、机械脚臂12组、大小三脚架12组、曲轴2组和支撑架8组。实物图如图4所示。
首先将支架及曲轴连接，将12组机械手
臂和十二组机械脚臂全部连接完成，然后与曲轴进行嵌套；然后机械腿与曲轴的连接，将已完成的手臂和机械脚与完成组装的曲轴结合起来，构成仿生机器人的行走机构。
最后将行走腿与传动装置的连接，在两个行走腿之间搭建支撑板，将直流减速小马达安装固定在支撑
板之上，然后在仿生机器人两侧的行走腿上加装齿轮，使得马达的轴与齿轮相连接，通电后通过马达的转动带动齿轮做顺时针或逆时针运动，实现仿生机器人的前进或后退。组装实物图如图5所示。
4 调试测试及性能改进
4.1 遥控器与接收机的信号传输距离
在控制仿生机器人运动的过程中发现遥控器的传输距离十分有限，仅为100cm 左右，尤其在将天线释放到最大距离后遥控距离还是没有太大明显得改善。经过不断的测试与研究，发现遥控距离的远近与遥控器发射的信号频率有很大关系，而频率又直接受控于中周，所以在对中周进行合理的调节后使得遥控距离增加到600cm 左右，从而解决了遥控距离不足的问题。
4.2 行走腿速率与马达转速调节
在仿生机器人运动过程中发现机械腿运
动的周期明显慢于马达转动的周期，从而导致马达空转或机械腿未运动完一个周期就被强行拉回的现象。在反复试验后发现问题出现在齿轮的大小上，当齿轮直径>=4cm 时就会出现机械腿不能走完一个周期；当齿轮直径等于2cm 时，发现齿轮和马达转动的轴距刚好能够吻合，从而机械腿正好能够完成一个机械周期的运动，解决了腿的运动和马达传动不协调的问题。
4.3 电池的使用及充电
11.1V 的锂电池由3片锂电芯串联而成(3S1P)，即每片电芯的电压为3.7V 。
锂电池必须保持在2.75~4.2V 这个电压范围内使用。如电池电压低于2.75V 则属于过度放电，锂电会膨胀，内部的化学液体会结晶。
遥控航模锂电池电压高于4.2V 属于过度充电，内部化学反应过于激烈，锂电会鼓气膨胀，若继续充电会膨胀、燃烧。无论是过放还是过充均会对遥控航模锂电池产生很大的伤害。
过放电会导致电池损坏，放电时不得使单体电池的电压低于3.6V 。
通过努力，终于完成了对机器人的改进，实现新一代的仿生机器人，质量更轻、行走速度更快、方向转变更加灵活，并且符合ROBOTAC 赛事要求，良好运行，方便控制，实现了设计初衷。
参考文献
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[4]张争艳，刘彦飞，冯敏等.基于虚拟样机
技术的六足仿生机器人设计与仿真[J].装备制造技术,2007(10):35-43.
作者简介
梁璐（1979-），男，甘肃省兰州市人。硕士学位。研究方向为电子系统设计，曾获全国大学生机器人竞赛ROBOTAC 优秀指导教师。潘丽（1979-），女，甘肃省临洮县人。硕士学位。研究方向为电路与系统，全国大学生电子设计竞赛国家二等奖指导教师。
占蔚（1998- ），女，甘肃省兰州市人。通化师范学院计算机科学与技术专业，本科在读学生。
作者单位
兑换券制作1.兰州职业技术学院 甘肃省兰州市 730000
2.通化师范学院 吉林省通化市 134000
图3：各部分之间的连接关系
合成绝缘子图宫灯制作
4：行走机构配件
图5：组装实物图
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