基于动觉智能图式足球机器人运动控制

【摘要】： 机器人足球是一个新兴的交叉学科,涉及机器人学、智能控制和人工生命等多个领域。机器人足球系统本身是一个多机器人协作自治系统,它为理论研究和模型测试提供了一个标准实验平台。 本文基于动觉智能图式的仿人智能控制理论,采用了两种机器人足球系统(RoboCup中型足球机器人系统和FIRA MiroSot小型足球机器人系统)对两轮轮式机器人的运动控制进行研究。针对足球机器人运动控制系统的设计实现,主要进行了如下研究工作: ①应用基于动觉智能图式的仿人智能控制理论(SMIS-HSIC理论),从建立感知-关联-运动图式的角度,完成了足球机器人运动控制系统分层递阶的总体设计。 ②基于感知图式的理念,建立了足球机器人的全景、前向视觉系统和里程计系统的定性定量模型;特别针对单目视觉定位,提出了一种完整的坐标变换模型和一种新型的基于进化计算的模型参数辩识方法,解决了机器人感知系统模型的精确辨识问题。 ③采用机理建模和仿人智能控制的“类等效”模型简化,建立了足球机器人运动执行系统的一种新型非线性状态空间模型,并以该模型为基础建立了用于机器人基本运动控制设计的仿真研究平台。 ④提出了基于运动约束和几何约束的移动机器人基本运动构成方法,并对具有非完整性约束的两轮轮式机器人设计了一组基本运动控制的运动图式;特别对其中的点镇定控制提出了基于分段比例和基于轮速增量的SMIS-HSIC控制算法。 ⑤从关联的基本形式出发,提出了多种具体关联结构,设计了足球机器人包括感知图式和运动图式间的各类关联,完成了对基本运动控制的选择和时空规划,解决了单个足球机器人运动控制决策问题。 ⑥将多机器人协调视为更高阶的关联,提出了基于意图的多机器人协调机制,将意图作为基本的协调信息引入到单个足球机器人的运动控制决策中,实现了足球机器人的多机器人协调控制。 通过上述工作,本文针对足球机器人系统这一多传感器、多控制量、非线性、强干扰、协作对抗环境下的复杂系统运动控制问题,基于动觉智能图式的仿人智能控制理论,设计实现了实际系统的运动控制。通过对实际机器人的控制证实了本文运动控制的有效性。