机器人灭火比赛基础算法

转自：robotdiy.com
作者：meirenyong_wzj
一，基本规则
　　在机器人灭火比赛中，要求机器人从白圈出发，快速寻找在比赛场地的蜡烛并将其熄灭。
　　在随机走模式机器人将比赛场地作为一个迷宫，发现是通道就直行，如有障碍物就躲避，左边有右转、右边有左转、碰撞就后退，如果发现火源就将其熄灭。

二，硬件需求
　　1.微型机器人：2.火焰传感器 3光电编码器4数字指南针
三.调试
　　ａ，比赛调试前必须保证机器人的硬件调整在最佳状态，将机器人红外传感器的检测距离调节到20CM左右（正对着比赛场地进行调节）；将机器人碰撞传感器调节到最灵敏状态。
　　ｂ，在调试过程中，某个房间机器人如果一直进不去，可以直接调节机器人转弯的角度；如果角度不管怎么调都不行，可以将“前进模块”换成“启动电机模块”，同时将“启动电机模块”设置成左右电机速度不等。
　　ｃ，如果发现机器人总是在墙角左右摆头，将左转与右转的角度调大或左右转的角度不同就可以了。

　　
Q&A
1 确定灭火前与蜡烛的距离
一般通过远红外火焰传感器寻找火源，当检测到的火焰值小于设定值时就开始灭火，但经常会发现机器人要么离蜡烛太远就开始灭火、要么撞了蜡烛还没反应。。。这是由于环境光线的变化、蜡烛火焰大小的变化引起的。
　　为了提高有效灭火的成功率，我们可以用远红外火焰传感器与地面灰度检测卡共同来判断火焰。在编程时，如果机器人发现火源同时又发现地面白线，才进行灭火动作。

2 提高成绩的方法
(1)加电提速法
另外扩展一个电压更高的电源给电动机,使用扩展电池，系统电源只为主板电路提供电能
　　注意扩展电池的电压不能超过电机的额定电压（一般<=12V），认真核对两个电池插口的正负符号
　　扩展电源后，在使用过程中，要避免机器人电机堵转，否则会烧毁机器人芯片。
(2)门口探望法
由于远红外火焰传感器的检测距离一般可以达到1～2米，机器人在灭火过程中，只要房间门口望一下就可以判断是否有火源，有火就进去灭火，每有火，就出来到其他房间找火。
　　使用时，在机器人上扩展一套地面灰度检测卡；编程时，只要在行走过程中，检测房间门口白线，发现后，判断里面是否有火，有则进入，无则退出继续寻找。

3 机器人在运行时，灭火效果不理想，如何调试？
答：灭火程序的实际演示效果受很多因素的影响，在所有传感器测试工作正常情况下，如果机器人在运行时灭火效果不理想，可参考下面几个方面因素。
　　(1)，远红外火焰探头安装位置。远红外火焰探头探测角度为60°，因此探头如水平安装，高度最好与蜡烛火焰高度相当。注意机器人在灭火时，灭火风扇会快速旋转，因此探头位置最好不要离风扇太近，以免被风扇碰到或挡住前方光线，影响检测结果。
　　(2)，亮度检测值的调整。例程中亮度检测值受现场环境影响，要根据实际测量值进行修改。
　　(3)，地面灰度值的检测。例程根据蜡烛前方的白纸片灰度值判断是否到蜡烛前，如机器人到白纸处还不灭火，可适当调整灰度检测值。
　　(4)，红外探测器的调整。红外探测器是机器人自带的探测器，主要用于机器人检测障碍物。如机器人在寻找光源时常碰到障碍物或离障碍物很远就避开，可通过主板红外调节电阻适当调整红外探测器灵敏度。
　　(5)，机器人运行速度。如机器人灭火时常撞灭蜡烛，可适当减小机器人速度。
　　因为上面提供灭火程序比较简单，注意到以上几点，一般情况下应能灭火。继续调整优化各参数，直到灭火时间最短，效果最好。

4 实际灭火比赛策略。
机器人灭火比赛是富有挑战性的比赛，为了获得好的效果，需要对机器人机械、电子、软件等多方面进行扩展、改进。
灭火比赛可分解为以下几个方面：
　　(1)，灭火路径的优化
　　机器人灭火比赛场地一般采用国际灭火比赛标准场地，场地大小、房间位置、蜡烛家具摆放位置都按一定规则。为了尽快找到火源，可采用各种扩展卡增强机器人导航能力，扩展卡可以购买也可自制。以下是常用的一些导航方案。
　　ａ，红外避障引导：机器人自带红外探测器，注意灵敏度的调整。
　　ｂ，采用机器人编码器进行引导：编码器精度不高，注意左右轮补偿。
　　ｃ，红外测量距离的引导：利用PSD测距，简单可靠，但测距范围有限（10cm～80cm）
　　ｄ，指南针引导：效果好，但价格较贵约600~800RMB。
　　ｅ，混合引导：多种导航方式优缺点互补，在不同情形下采用不同方式，软件较复杂。

　　5，火焰定位
　　火焰定位包括寻找火焰和火焰定位两个部分。
　　机器人寻找火焰一般采用远红外火焰探头作为探测工具，为了准确、快速地确定火焰位置，可采用多种方式对远红外火焰探头进行改进，以下是常用的一些改装方案。
　　ａ，火焰探头的串联和并联：提高探头灵敏度。需要一定的硬件知识。
　　ｂ，火焰探头的分散和集中：多个火焰探头分布在机器人周围不同地方，可快速定位火焰。要占用较多的数据输入通道，要对扩展卡，甚至是机器人主板进行改造。
　　要确定火焰位置即火焰定位，首先确定火焰方向，这样发现火焰后可直接朝火焰方向前进，节省灭火时间。
　　确定火焰方向一般可采用以下方法。
　　ａ，差动定位：根据左右两个远红外探头检测值，调整机器人方向，要求比赛前预先调整探头直到检测效果较一致。
　　ｂ，最小值定位：机器人发现火焰后旋转一周，定下最小值（最亮点），然后通过朝向最小值方向前进，要求采用其它辅助装置记住最小值位置（指南针等），当然也可以实时判断是否到达最小值，这样可减少火焰方向定位时间。
　　确定火焰方向后，机器人朝火焰前进，这时要求确定火焰位置。确定火焰位置一般根据远红外火焰探头检测值判断，当然也可以根据比赛现场特征如蜡烛前的白线、机器人与墙壁的距离等定位。

　　6，灭火方式
　　机器人灭火比赛对灭火方方式没有一定之规，但不能使用任何危险的或可能破坏比赛场地的方法或物质来灭火（如通过燃放爆竹产生冲击来使蜡烛熄灭），也不能通过碰倒蜡烛的方式来灭火。它可以运用类似水、空气、二氧化碳等，由于采用风扇的方式简单可靠易行，因此大多数用户都采用灭火这种方案。
　　采用风扇灭火时，在灭火时机器人可采用旋转法、摆头法、强风场法等动作灭火。风扇旋转时间可采用固定时间法、实时检测火焰法等。
　　灭火比赛实际效果要受很多现场条件的影响，应根据实际情况，反复调整机器人速度或探测器安装位置、系统参数，优化软件算法，多学习、多思考、多总结，不断创新