郭姣娟[1]2007年在《Robocup小型组机器人控制策略的研究》文中研究说明Robocup是近年来国际上迅速开展起来的高科技对抗活动，足球机器人在产、学、研方面都有很大的研究意义。机器人足球融合机械设计、自动控制、无线通信、图像识别、人工智能等多项技术，已成为机器人研究领域中的一个热点。机器人足球赛的结果反映了一个球队在各相关学科的综合实力，机器人的性能是球队整体实力的基础。本文是以Robocup小型组足球机器人为技术平台，首先阐述了研究机器人足球赛的意义，分析了国内外足球机器人的发展过程和现状。通过对比赛规则的理解明确了足球机器人控制系统算法的目的和要求。然后通过大量文献的阅读，从足球机器人车轮布局入手，研究了全方位机器人的底层运动学的分析，得到了比赛场上的机器人位姿与机器人运动的加速度和速度之间的关系式。并使用MATLAB仿真得出足球机器人行进时所具备的最大加速度，为机器人控制提供了理论基础。论文以机器人由于机械原因所造成的质心偏移所造成的控制问题为重点，在机器人不打滑的前提下提出了质心偏移时速度和加速度的运动模型并进行了运动分析，然后利用线性规划方法对电机的出力分布进行优化。最后以Robocup小型组四轮普通蝶型全向机器人作为试验对象，利用上述模型计算出了叁维方向得到最大合力时每一个电机所应出力比例。接下来论文提出了机器人的运动控制算法，对于上层控制算法，建立了“位移优先”原则的运动过程的“梯形模型”，对上层运动进行了具体分析，计算得出预期速度，然后再将预期速度传送到下层控制系统，采用全局增量式PID与Bang-Bang控制结合的方式来控制机器人的具体运动，使得机器人可以迅速、准确的达到预定位姿。然后提出了质心偏移时对运动控制算法的几个关键问题，结合上层摄像头验证了质心偏移运动模型结合画出并分析控制算法的轨迹。
季秀才[2]2003年在《RoboCup小型组机器人运动控制研究》文中进行了进一步梳理机器人足球比赛是近十年在国际上迅速兴起的一种高技术对抗竞赛。主要涉及到微机械、机器人学、多传感器信息融合、通信、图像处理、机电一体化、计算机技术、对策与决策、智能控制和人工生命等多个相关领域。是研究多智能体系统和分布式人工智能理论的良好实验平台。 论文主要完成了RoboCup小型组足球机器人——双轮差动和叁轮全向驱动机器人的运动控制算法的设计。论文首先分析了单个轮子的运动特性，并推广到轮式移动机器人，建立了双轮差动移动机器人和叁轮全向移动机器人的系统模型，分析了这两种机器人的运动特性。通过分析比较基于运动学模型的分层控制和基于动力学模型的控制，本文决定采用基于运动学的分层控制方案实现机器人的运动控制。其次，论文介绍了双轮差动移动机器人的基本控制算法，包括基于极坐标的姿态稳定控制算法、线性和非线性轨迹跟踪控制算法。再次，论文根据RoboCup小型组比赛对机器人运动控制的具体要求，设计了双轮差动机器人圆弧运动的控制算法和两种非中心参考点的轨迹跟踪控制算法，并证明了控制算法的稳定性。最后，论文提出了叁轮全向移动机器人的基本控制算法。另外，本文根据实验数据辨识了驱动电机的动态模型，应用增量式数字PID控制实现了电机的速度控制。仿真实验验证了各种控制算法的稳定性，并且在实验中考虑了驱动电机的动态特性和计算机采样控制，检验了各种控制算法的鲁棒性和实用性。
周科[3]2004年在《RoboCup小型组（F-180）足球机器人的运动控制和路径规划》文中研究表明随着计算机技术的发展，分布式人工智能中多智能体系统(MAS：Multi-agent System)的理论及应用研究已经成为人工智能研究的热点。机器人足球系统为这一领域的研究提供了合适的工作平台。 本文以RoboCup小型组机器人足球系统为研究平台，重点讨论了决策子系统中底层路径规划算法的形成和实现，同时从软硬件详细描述了车载子模块的设计和调试。 文章的第一章概括地介绍了该项目的研究背景及国内外研究现状。第二章分析了RoboCup小型组的整体结构。第叁章讨论了路径规划的问题。第四章以小型组为研究平台，提出了解决动态环境下多机器人Kinodynamic运动规划问题的一种算法。第五章从软硬件角度详细描述了车载子模块的设计和调试。第六章给出结论和展望。 论文的主要研究工作有： 1) 通过大量阅读中外文献，对现有的机器人运动规划的算法有了较为全面和系统的了解。 2) 以小型组为研究平台，提出了解决动态环境下多机器人Kinodynamic运动规划问题的一种算法，及其实现步骤。 3) 改进了机器人轮速控制的单闭环控制系统，通过DSP和电机驱动芯片，实现机器人轮速的串级控制结构，改善了控制效果。
于华玉[4]2007年在《全方位小型足球机器人运动特性分析》文中研究指明小型足球机器人的特点为：“实时采集，实时控制，实时行动”，这就要求机器人在赛场上具有优异的运动性能。运动是足球机器人最重要的功能，因此如何使足球机器人的运动性能最佳是进行车身和运动机构设计的首要因素，研究运动特性不仅对机器人车体结构优化设计具有一定的指导意义，而且对运动控制也有较为重要的参考价值。全方位小型足球机器人有可能实现车体在平面内沿任意方向的平动或最短路径上的快速移动，而成为近年来小型足球机器人研究的热点。但全方位足球机器人在走直线时，需要各轮的协调运动，耗能较大，需对其进行优化。针对这些问题，本论文主要工作如下：(1)阐述了国内外小型足球机器人的研究现状，提出了本文的研究内容和需要解决的问题。(2)对几种典型的全方位轮优缺点进行了比较，并选择单排全方位瑞士轮作为新型全方位轮的设计目标。(3)建立了理想状态下叁轮和四轮全方位足球机器人的运动学和动力学方程，通MATLAB仿真对二者进行了最大速度和最大加速度比较。(4)建立了n轮全方位机器人的运动学和动力学方程，以四轮全方位机器人为例，采用序列二次规划法(SQP)，研究了各轮的协调运动，得出了机器人所需最小牵引力随轮轴间夹角的变化规律，为新型全方位轮式机器人的运动控制提供了一定理论指导。(5)对对称布局的四轮全方位机器人，取其四分之一象限进行了各方向牵引力优化。以优化结果作为目标矩阵，运用模糊优选模型对四轮全方位小型足球机器人结构布局方案进行了选择，并将所得结论应用于新型足球机器人结构优化设计中。(6)进一步讨论了车体制造误差导致的机器人重心和几何中心不重合，加速过程中产生的机器人车体重心偏移以及重心高度等因素对运动状态的影响，为实际车体机构设计提供了一定理论参考。
李克东[5]2008年在《移动机器人控制系统设计及规划研究》文中指出足球机器人涉及计算机、人工智能、机器视觉、信号处理、无线通讯、机器人学等多个学科,是人工智能与机器人领域的研究热点,是一个极富挑战性的高科技项目。目前,研制足球机器人主要有两方面困难,一方面是感知与控制,另一方面是决策、规划和推理。本文以RoboCup小型组足球机器人为研究对象,针对机器人控制系统设计及路径规划进行了深入的研究,本论文的研究工作主要包括以下几个方面:首先,介绍RoboCup小型组足球机器比赛的系统组成,以及广泛使用的全方位移动机器人的系统结构。在世界坐标系和机器人坐标系下,推导出全方位移动机器人的运动学方程、动力学方程,找到机器人控制量与状态量之间的关系,从而得到机器人的系统方程,并且代入实际机器人的具体参数,通过MATLAB仿真验证模型的有效性。其次,重点研究了RoboCup小型组足球机器人控制系统,通过参阅众多小型组足球机器人的设计文献,结合当前小型组足球机器人的发展趋势,选择DSP TMS320F2812作为主控制器,以它为核心设计出足球机器人驱动板和主控板。在驱动板上完成了机器人的运动、击球、带球等电路设计,在控制板上完成了外围接口、通讯等电路设计工作,并完成了各部分的程序设计及性能测试。最后,对足球机器人的路径规划进行了研究,并以RoboCup小型组足球机器人比赛为模型,用栅格法进行环境建模,并结合蚁群算法进行路径搜索,在较短的时间内找到一条无碰撞的最优路径,实验仿真表明:采用栅格法建模,结合蚁群算法进行路径搜索的新方法可以使足球机器人快速到达目标。
何太云[6]2010年在《Robocup小型组足球机器人设计与优化》文中研究说明Robocup足球机器人比赛是世界上影响最大参与范围最广的机器人竞赛,随着机器人科学的不断发展,人工智能越发成为机器人研究的主方向,足球机器人是典型的多智能体系统,它涉及人工智能、智能控制、机器人学、通讯、传感器及机构学等学科¨。小型组足球机器人是足球机器人比赛的一个重要分支,是发展最快最热门的项目之一,它具有速度快、加速度大、比赛节奏快、战略战术应用丰富等特点,因此观赏性和趣味性强。激烈的比赛包含了机器人性能和攻防策略双重对抗,优良的机器人性能是高水平足球机器人的基础,是机器人研发人员孜孜追求的目标之本文以Robocup小型组足球机器人优化设计为主要研究方向,以提高机器人性能为设计目标。文章首先阐述了足球机器人的发展过程和发展现状,介绍了足球机器人的技术背景和小型组的比赛规则,对机器人的设计具有规范作用。论文将现有全方位轮理论和小型组足球机器人的特点相结合,设计制造出一种新型全方位轮。通过对全方位机器人的运动特性分析,确定机器人全方位轮分布形式为普通四轮蝶形,并建立一套非接触式反馈的半闭环控制的机器人驱动系统。通过对文献中已有技术的分析,结合我校机器人特点,设计制造一套由击球装置和挑射装置组成的高性能传射系统,对挑射装置进行Adams动力学仿真分析和优化设计接下来论文提出一种新型带球机构,该机构以铰链连接代替传统的固定式结构,应用塑性材料做阻尼器吸收球的冲量和带球时的震动能量。论文最后对机器人各个部分做结构优化设计,以动态性能稳定性、可维护性为主要优化目标,将各个功能装置整合到符合比赛规则规定的足球机器人中。利用Proe软件建模计算出机器人的重心位置,计算出机器人所能承受的最大加速度。最后对实际应用中遇到的问题做了总结和展望,提出需要改进和完善的功能。
任华[7]2008年在《RoboCup小型组决策与路径规划研究》文中研究指明足球机器人是个多学科交叉的研究领域,它涵盖了机器人学、人工智能和智能控制等多个领域,为人工智能领域的理论和应用提供了一个理想的实验平台。由于它具有高科技对抗性和娱乐性而吸引了广大的科研人员投身其中,极大地促进了人工智能的发展。本文正是以机器人足球比赛为背景,针对足球机器人决策系统进行深入研究,并进行了算法、性能和应用上的一系列改进。文章首先介绍了RoboCup小型组机器人系统体系结构,设计Robocup小型组足球机器人控制系统,给出相应的功能框图。对各部分功能进行详细论述,设计了带有前馈的双闭环运动控制器,并作的仿真分析。接着详细阐述了机器人决策系统的构建,由视觉子系统、决策子系统、无线通信子系统、机器人小车子系统和总控子系统组成的集控式足球机器人系统,总结了具有集中视觉、决策与控制的集控式足球机器人系统的控制问题。设计了基于分层递阶控制结构的足球机器人决策子系统。它由上层决策系统和底层决策系统组成,文章分别详细介绍了各部分的功能和特点。路径规划是机器人研究中最为重要的单元,在本文中提出了在动态环境中移动机器人的一种路径规划方法--改进蚁群算法。适用于环境中同时存在已知和未知、静止和运动障碍物的复杂情况。蚁群算法是基于生物界群体启发行为的一种随机搜索寻优方法,它的正反馈性和协同性使其可用于分布式系统,隐含的并行性更使其具有极强的发展潜力,它在解决组合优化问题上有着良好的适应性。因此将其应用到智能机器人全局路径规划中,其目的是探索一种新的路径寻优算法。在基于栅格划分的环境中,研究了机器人路径规划问题中蚁群系统的“外激素”表示及更新方式,提高了蚁群系统的路径寻优能力,为蚁群算法的应用提供了一种新的探索。最后,针对局部避碰规划中避障策略,提出了基于滚动窗口的环境探测和碰撞预测的方法。机器人在运动过程中,根据得到的环境信息在机器视觉范围内建立预测窗口和避障窗口,在预测窗口内,机器人根据障碍物的信息建立障碍物的预测区域,在避障窗口内,机器人根据自身的位置与障碍物的预测区域,分别调用切线法或滚动窗口法进行路径规划。实验结果表明:该方法能适应足球机器人比赛的实时性和动态性。
王国伟[8]2011年在《叁轮全向足球机器人控制算法研究》文中研究表明机器人足球涉及数字图像处理、模式识别、机器人控制、人工智能、多智能体协作等诸多领域,既是这些领域的研究热点,同时也是难点。中型组足球机器人比赛(Middle Size League)作为机器人足球世界杯(RoboCup)的重要组成部分,为运动控制系统相关理论和技术的研究提供了一个标准的测试平台。本文针对RoboCup中型组叁轮全向驱动足球机器人的控制算法进行了研究。首先,建立了叁轮全向足球机器人的多种非线性系统模型,并分析了基本运动特性。其次,在分析控制任务的基础上,选择基于运动学模型的分层控制作为机器人系统的控制方案。同时设计了以“笔记本电脑+DSP多轴驱动卡+驱动器”为实现方式的运动控制系统和基于桥式驱动电路的叁轮全向足球机器人驱动系统。再次,为了验证底层运动控制系统的可行性,在证明系统状态完全能控的基础上,设计了基于误差累积因子的论域自调整模糊控制算法,仿真及实验结果表明该控制算法合理、可行、有效。最后,根据控制任务的要求,设计了基于动态反馈线性化的轨迹跟踪控制算法。仿真实验表明该算法能使机器人快速、准确地跟踪期望轨迹,满足了RoboCup中型组机器人在比赛时对轨迹跟踪控制的要求。另外,本文根据机器人足球比赛的实际要求,提出了一种基于纯滚动理论的直线行走方法,可以使机器人实现复杂的动作,具有现实意义。
张翮[9]2005年在《全方位移动机器人的运动建模与控制》文中指出暨RoboCup小型组机器人运动控制研究
孙辰晨[10]2012年在《ROBOCUP机器人足球（小型组）决策系统软件引擎的设计与实现》文中研究指明机器人足球比赛作为人工智能领域的一个具有挑战性的课题，受到国内外学者的广泛关注，开展足球机器人的相关研究也是人工智能从基础理论走向实际应用的一个战略性步骤。单个机器人本身就是一个复杂的机电系统，需要通过自身的软件设计来实现各种不同功能来适应不同的环境。多机器人协同的情况更加复杂。机器人系统的软件开发，需要投入大量的人力和物力，而往往最终开发的系统还不能够满足原设计提出的需求。因此，研究一种适用于机器人系统的软件开发方法和开发模式，简化系统开发流程，降低编码强度，为移动机器人系统的软件开发提供一个具有灵活架构的开发平台，具有十分重要的理论意义和实际应用价值。本课题采用基于组件的编程技术，提出了基于模型驱动的编程技术,并设计了一种基于XML的控制任务描述语言，描述移动机器人系统的各种资源以及系统要完成的各种任务。将模型驱动技术和基于XML的领域描述语言整合入软件编程框架中，重点解决控制软件中的实时性、可靠性等问题，提高代码利用率，提供了一种可用于移动机器人系统的软件开发模式和编程框架，为机器人操作系统ROS奠定技术平台和研究基础。具体研究内容包括：第一章和第二章介绍了课题的背景和研究意义，以及国内外研究现状，主要阐述了基于组件的软件工程的特点以及功能应用，并分析了基于组件的软件工程能够应用于移动机器人领域的原因，以及其目前在移动机器人领域的应用情况。第叁章和第四章是本文研究的重点。在这部分中提出并实现了一种可扩展的、分布式的机器人系统软件架构。包括软件的平台设计，组件模型设计，以及组件之间的通讯机制。其中软件平台的设计包括组件管理模型、通讯模型、任务调度、实时时钟等关键内容。针对实时性部分的设计，提出了实时任务模块的概念，采用实时时钟模型执行多实时任务的方法，实现了多任务的并发实时运行，并基于Java平台和Windows操作系统进行了实现，其中框架整体采用Java平台实现，并用JNI技术在Windows操作系统上实现了实时时钟。第五章通过实验来测试所设计的框架的性能。最后对论文的研究工作做了总结，指出了需要进一步改进的地方及以后的研究方向。通过对实验结果进行处理和分析，证明本文设计的软件框架符合课题所提出的要求，适合机器人控制软件的开发，尤其是对多任务实时性有一定要求的机器人应用，也可作为其他机电系统控制软件的开发平台。
参考文献：
[1]. Robocup小型组机器人控制策略的研究[D]. 郭姣娟. 大连理工大学. 2007
[2]. RoboCup小型组机器人运动控制研究[D]. 季秀才. 国防科学技术大学. 2003
[3]. RoboCup小型组（F-180）足球机器人的运动控制和路径规划[D]. 周科. 浙江大学. 2004
[4]. 全方位小型足球机器人运动特性分析[D]. 于华玉. 大连理工大学. 2007
[5]. 移动机器人控制系统设计及规划研究[D]. 李克东. 江南大学. 2008
[6]. Robocup小型组足球机器人设计与优化[D]. 何太云. 大连理工大学. 2010
[7]. RoboCup小型组决策与路径规划研究[D]. 任华. 江南大学. 2008
[8]. 叁轮全向足球机器人控制算法研究[D]. 王国伟. 长沙理工大学. 2011
[9]. 全方位移动机器人的运动建模与控制[D]. 张翮. 浙江大学. 2005
[10]. ROBOCUP机器人足球（小型组）决策系统软件引擎的设计与实现[D]. 孙辰晨. 浙江理工大学. 2012