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《广东工业大学》 2003年
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机器人足球系统的研究与实现

钟碧良  
【摘要】: 近几年来,机器人足球系统已成为人工智能和智能控制领域的热点研究课题之一。要使几个机器人(实体或者由软件模拟的机器人)能顺利地进行足球比赛,就要具备许多成熟的技术,并且还要完成许多技术上突破。其中涉及到的技术包括机器人学、机电一体化、多智能体协作、决策与对策、人工生命和传感器数据融合等等。正因为机器人足球系统涵盖了诸多高新技术,是人工智能与机器人领域的应用基础研究课题,所以国内外有很多科技人员积极投身到这项的科研工程当中,也取得了一定成果。机器人足球比赛正是这些研究成果的大比拼,是一种小型高科技对抗平台。 MiroSot机器人足球系统由视觉子系统、决策子系统、无线通讯子系统和足球机器人等四个部分组成。要想在机器人足球比赛中战胜对手,取得比赛胜利,机器人足球系统的每个部分都必须具有优良的性能,并能协调可靠地工作。由于时间关系,本文着重对MiroSot足球机器人比赛系统的决策、无线通讯和足球机器人等部分的相关技术进行了研究,取得了阶段性成果。本文的主要内容如下: (1)首先对机器人足球系统的决策特点进行了分析,结合机器人足球系统硬件构成,提出了机器人足球系统的集中式决策结构,该结构涉及到队形、角色和动作等层次。采用一维数组描述了队形,建立了队形选择规则;重点研究了角色分配的问题,提出了基于效用函数值大小的角色分配机理,建立了各类角色的效用函数,这为角色分配提供了理论的依据。 (2)分析了足球机器人动作的特点,针对机器人足球比赛的攻防状态转变,进行了各类动作设计;为了使足球机器人在特定状态下,实现局部的配合,将攻防状态的变化与球场分区相结合,提出了足球机器人的动作选择机理和动作选择的规则。 (3)分析了机器人足球比赛中障碍物的特点,建立了足球机器人碰撞模型。针对目前机器人足球比赛中避障规划算法的不足,提出了基于障碍物的速度矢量信 广东工业大学工学博上学应论文 息制定的足球机器人避障策略。它通过障碍物速度矢量的儿何变换产生可达的避 障速度,从而预测出足球机器人运动路径中潜在的障碍物,计算出足球机器人避 开障碍物的运动速度。为了便于实施,建立了足球机器人路径搜索树网格实施算 法。足球机器人仿真比赛结果表明,这种方法适用于动态障碍物的避障。 (4)分析了无线通讯子系统在比赛中存在的噪声和干扰,提出了抑制噪声和干 扰的方法,合理地设计了无线通讯子系统的软硬件,实验表明我们研发的无线通 讯子系统具有较高的可靠性、准确性和抗干扰能力。 (5)在分析了足球机器人轮子的结构和建立足球机器人的运动学模型之后,给 出了电动机和电池的选择方涪和步骤。按照足球机器人的技术要求,机器人壳体 采用一体化结构,并在前后两端都设有控球凹槽,提高了机器人抗碰撞能力和控 球能力。 (6)最后本文根据足球机器人的控制要求,设计了足球机器人硬件结构,借用 Windo。s程序的消息驱动机制进行控制软件的设计尝试,实践证明此方法提高了 单片机资源的利用率和程序的执行效率。根据足球机器人的运动特征和电动机速 度控制的过渡过程特征等信息,提出了基于模式识别的多模态控制,分析了足球 机器人运动中存在协调性差的原因,提出了两轮速度同步协调控制算法。经多次 参加国内外比赛,证明我们研发的足球机器人性能稳定,响应速度快,协调性好, 达到了较高的技术要求。
【学位授予单位】:广东工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:TP242

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