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机器人
灭火机器人共享方案
一、基本概况机器人灭火是中小学机器人比赛的常规项目，怎样提高机器人的灭火速度与稳定性是需要重点解决的课题。从整个宁波市情况看，宁波市中小学机器人项目起晚，水平不是很高。但宋诏桥小学灭火项目实力很强，在2005年的全国比赛中以较大的优势夺取了冠军。其1、2、3号房间灭火所使用的时间分别为3.8秒、6.9秒和9.6秒，可以说速度惊人，其他学校则实力一般。总体来讲，只要能在3分钟时间内成功灭火，就有望在市内获将。丹城中学机器人实验室自2005年9月份组建以来，经过2个月的奋战，终于研制成功灭火机制人“小白龙一号”，实现了比较先进的“无火不进房间”算法。该机器人在发挥稳定的情况下（没有加电压），1、2、3、4号房间灭火所使用的时间分别为4.8秒、8.8秒、13.1秒和16.7秒。虽然这个成绩和国内的一流水平还有一定差距，但也不乏有一些成功的算法。
二、常用算法介绍
1）溜边法
就是靠墙走，包括左手法则和右手法则，这是最基本的机器人灭火走迷宫算法，是其他算法的基础。但仅仅使用简单的左手法则或右手法则只能完成小学组比赛，初中组由于要灭4个房间的火并且还要回家，高中组还要完成搜救任务，所以需要组合应用左右手法则。该方法编程简单但速度较慢，适合初学者使用，多见于县、市级比赛。
2）固定线路走法
该方法组合应用走直线和走弧线两种基本方法，容易受电池电量和地面粗糙程度等因素的影响，算法的稳定性低，使用的人较少。
3）一技必杀法
网络上人称失传多年的“一招致胜”算法，该算法的要点是在出发点就查找火焰在哪个房间，直接向需要灭火的房间前进。由于该算法没有任何加分系数，并且对场地的要求高，所以使用的人很少。
4）无火不进房间
该方法的要点是在房间的门口看一下，如果房间内有火，则进去灭火，否则去其他房间寻找火焰，比简单使用左右手法则速度要快很多。该算法实际上是左手法则、右手法则、固定线路法的综合应用，实现起来比较难，是目前国内的主流算法，多见于省级和国家级比赛。
5）作弊算法
常见的作弊算法是先编写好不同房间的灭火程序，抽签得到房间号后用声控、按钮、遥控等方法控制使用哪个子程序。该方法属于歪门邪道，没有研究价值。
参考以上算法，本实验室化了两个多月时间，调试近千次，终于实现了1-2-3-4号房间的无火不进房间算法，现对其中比较成功的部分向大家作一简单介绍。至于规则，由于篇幅所限，请大家自己到网络上去搜索。本校使用的机器人基本组件由纳英特公司提供。
三、丹城中学灭火机器人方案介绍
一）场地
机器人灭火竞赛场地平面示意图如下所示(单位:cm)其中“H”为出发点，角落的是火焰，墙中间的是家具。
二） 传感器接法
本机器人使用下列传感器接法，以实现左右法则的使用。
左红外避障传感器接数字15口，
左45度角红外避障传感器接数字10口，
右红外避障传感器接数字14口，
右左45度角红外避障传感器接数字8口，
前红外避障传感器接数字9口，
声控传感器接模拟2口，
左火焰传感器接模拟3口，
右火焰传感器接模拟4口，
前地面灰度传感器接模拟5口，
后地面灰度传感器接模拟6口。
三）
总体算法
| 在门口看火焰 |
| 走左手去1号房间 |
| 走出起点0.5秒 |
有火
| 在门口看火焰 |
| 灭火 |
| 后退，走右手去2号房间 |
无火
| 在门口看火焰 |
| 灭火 |
| 转身，走左手去3号房间 |
| 回家 |
无火 有火
| 灭火 |
| 回家 |
| 回家 |
| 转身，走右手数秒，然后走夹道到4号房间墙壁，再走右手去4号房间，灭火，回家。 |
四） 白线检测
本校对纳英特技术人员在网站上提供的算法做了较大改进，使用一前一后两个灰度传感器，测试上千次无一失手，可靠性大大提高，现介绍如下：
1） 出发点的检测
其中bs=80 hs=120是常数，分别表示白线和地面灰度。
while((analog(5)< bs)&&(analog(6)<bs))//位于出发点{ motor(0,100);
motor(1,100);}
motor(0,100);
motor(1,100);
sleep(0.5);
gotofangjian1();//走出出发点去1号房间
2） 终点的检测
outtime=mseconds();//出门时间while(1) // {
if (analog(5)<bs &&analog(6)<bs&&digital(9)==0)//如果前后灰度都是白色，且前面有墙壁
{
if (mseconds()-outtime>3000l)//防止机器人在灭火圈或门口位置误以为到家
{ motor(0,-20);//到家刹车
motor(1,-20);
sleep(0.1);
stop();
break;}}
//其他回家代码
}
3） 房间门口线的检测
if(( analog(5)<bs && analog(6)>hs)||( analog(6)<bs && analog(5)>hs))//如果前白后黑或前黑后白则到门口
4） 灭火线的检测
if((((analog(5)<bs)&&(analog(6)>hs))||((analog(5)>hs)&&(analog(6)<bs))) &&((analog(3)<30|| (analog(4)<30))//如果前白后黑或前黑后白并且火焰很强
{findhuoyanquan=1;//找到灭火圈break;}
五） 灭火技巧
1）摇头灭火算法
在京沪对抗赛上，很多学校使用了左右摇晃脑袋的算法进行灭火，本校首先试验了大范围摇头的算法，发现这种算法可靠性低，一旦前几次摇头灭火不成功，就有可能出现“南猿北撤”的现象，原因是左右轮胎的摩擦系数有所差异，导致风扇逐渐偏离火焰。其算法如下：
{ motor(0,-60);
motor(1,60);
sleep(0.8);
motor(0,60);
motor(1,-60);
sleep(0.8);
}
为避免上述情况，本校对算法作了如下改进：
motor(3,100);//开启灭火风扇tzcs=0;//此参数防止机器人做过多的摆动
while(tzcs<35)
{
if (analog(3)<analog(4))//左边火焰强，向左多摇动一点。
{
motor(0,-60);
motor(1,60);
sleep(0.3);
motor(0,60);
motor(1,-60);
sleep(0.1);
}
else if (analog(4)<analog(3)) //右边火焰强，向右多摇动一点。
{
motor(0,60);
motor(1,-60);
sleep(0.3) ;
motor(0,-60);
motor(1,60);
sleep(0.1) ;
}
else //正对火焰，左右摇动幅度一样。
{
motor(0,60);
motor(1,-60);
sleep(0.1) ;
motor(0,-60);
motor(1,60);
sleep(0.1) ;
}
tzcs++;
}
该算法的优点是能逐渐对准火焰，不会出现“南猿北撤”的现象。
2）接近火焰的算法
有时候机器人离火焰比较远，导致风扇吹了很长时间也没有熄灭火焰，为了避免出现这种情况，我们使用了下列算法：
miehuotime=mseconds();if( mseconds()-miehuotime>800L)//每灭火0.8秒前进0.2秒
{ miehuotime=mseconds();
motor(0,30);
motor(1,30);
sleep(0.2);
}
3）防止死灰复燃的算法
很多学校使用下面的简单算法来灭火：如果有火焰，开风扇3秒钟，无火焰，回家。这一算法不太可靠，很可能在检测火焰的瞬间，火焰接近于熄灭状态，等机器人回家时，死灰复燃，从而导致灭火失败。
本校使用连续3次确认灭火成功的算法来防止死灰复燃，每次检测1秒钟，其中menkouhuoyan=240是门口火焰值，这是一个常数。
具体算法如下：
motor(3,100);
try=0;
if (try<3)
{
while(try<3)//连续3次确认是否成功
{
trytime=mseconds();//开始检测火焰的时间
trycg=1;//表示灭火成功
while(mseconds()-trytime<1000L)//连续检测1秒钟
{
if ((analog(3)<menkouhuoyan)||(analog(4)<menkouhuoyan))
trycg=0;//只要有1次发现火焰就表示灭火不成功
}
if (trycg==0)
try=0;//表示灭火不成功，需要重新确认
motor(3,100);//开电机灭火2秒钟
sleep(2.0);
try++;
}
六） 回家算法
1）1号房间回家
走右手法则回家。
2）4号房间回家
走右手法则回家。
3）3号房间回家
走左手法则回家。
4）2号房间回家
走特殊的左手法则回家，实际上是左手法则和固定线路的组合。
由于2号房间回家对初学者是一个难点，现介绍算法如下：
首先走左手一段时间以调整身体姿态，在2号房间墙壁中间位置开始闭着眼睛走直线，走到3号号房间墙壁中间位置恢复走左手，然后回家。这种走法有较大的误差容限，可靠性比较高。具体代码如下：
void gohome2(){
motor(0,30);//转身回家,因为右手进门，现在要左手出门。
motor(1,-90);
sleep(0.3);
stop();
zc=0;//直走标志为未走
outtime=mseconds(); //回家时间
outdoortime=mseconds()+3000L;//出门口时间初值
while(1) //
{
if (mseconds()-outtime>2000L)//防止误把灭火线为当作门口线的情况出现
if ((analog(5)<bs&&analog(6)>hs)||(analog(5)>hs&&analog(6)<bs))
outdoortime=mseconds();//记下出门口时间
if (analog(5)<bs &&analog(6)<bs)//如果回到家
{
if (mseconds()-outtime>3000l)
{ motor(0,-20);//终点刹车
motor(1,-20);
sleep(0.1);
stop();
break;}}
if ((mseconds()-outdoortime>1300L)&&(zc==0))//出门1.3秒并且没有走过直道，开始走直道
{
zc=1;//走直道只能一次，置已经走过标志
beep();
motor(0,100);
motor(1,100);
sleep(1.1); // 走直道1.1秒
}
else//其他时间走左手法则回家
{//下面是左手法则代码
if (digital(9)==0 || digital(10)==0) // 前面有墙右转
{
motor(0, 10); //
motor(1, -100);
}
else if (digital(15) == 0) // 左边有墙直行
{
motor(0, 100); //?
motor(1, 100);
}
else //前无墙并且左无墙，左转。
{
motor(0, -100);
motor(1, 100);
motor(0, -10); //
motor(1, 100);
}
}
}
}
七） 3号房间到4号房间的走夹道算法
在3号房间先转身，然后走右手数秒，再走夹道到4号房间墙壁，接下去走右手进4号房间。其中走夹道算法如下：
while(digital(9)!=0)//走夹道直到前面看到4号房间墙壁{
if (digital(15)==0&&digital(14)==0)//左有墙并且右有墙，前进
{motor(0,80);
motor(1,80);}
else if (digital(15)!=0&&digital(14)!=0) //左无墙并且右无墙，前进
{motor(0,80);
motor(1,80);}
else if (digital(10)==0&&digital(8)==0) //左45度有墙并且右45度有墙，前进
{motor(0,80);
motor(1,80);}
else if (digital(10)!=0&&digital(8)!=0) //左45度无墙并且右45度无墙，前进
{motor(0,80);
motor(1,80);}
else if (digital(14)==0||digital(8)==0) // 只是右有墙，左转
{motor(0,-80);
motor(1,30);}
else if (digital(15)==0||digital(10)==0) // 只是左有墙，右转
{motor(0,30);
motor(1,-80);}
}
四、小结
本校机器人实验室刚组建不久，整体算法不是很理想，稳定性不高，算法过于复杂，c语言代码有20多页，消耗了机器人53%的内存空间。现在本校正在研制更加先进的灭火机器人“海龙王一号”，试图应用新的灭火技术，如果取得较好结果，容以后向大家介绍。根据规则，连续转相同的5个圈为行动失败，为此还需要研究防迷路算法和迷路后的挽救措施。机器人静止30秒也会被判灭火失败，也需要研究相应对策。这些我们都来不及做实验，如以后能得到一些好的算法，也一并向大家介绍。
