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足球机器人的设计与全向移动平台的控制

作　者: 卢盛才
导　师: 郑志强
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: RoboCup中型组足球机器人 全向移动平台 全向轮 主动控球系统 开环控制 时间最优控制
分类号: TP242.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 50次
引　用: 3次
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内容摘要


本文以RoboCup中型组机器人足球赛为应用背景,在NuBot第三代中型组足球机器人的技术基础之上,根据机器人足球赛对机器人系统提出的更高要求,重新设计了新一代的足球机器人,并在机器人足球比赛的背景下研究了全向移动平台的运动控制问题。在足球机器人设计方面,本文做了如下工作：一,设计了一种新的全向轮,其运动平稳性和摩擦力特性优于现有全向轮；二,设计了一种新的轴系结构,能有效减少轮系空程；三,以新全向轮为基础搭建了新的全向移动平台；四,分析并设计了有效的主动控球系统。包括对控球机构的原理分析,指出使主动控球机构有效工作的关键是同时控制主动轮的转速和转矩；五,对主动控球机构提出了一种有效的开环控制方法。在全向移动平台运动控制方面,本文推导了全向移动平台的模型,包括运动学模型,动力学模型,及基于动力学模型的控制模型。根据实际需要对控制模型进行输入域解耦和通道解耦,将模型进行合理简化。本文还归纳了基于足球机器人比赛背景的几种典型的全向移动平台控制问题,然后将这几种控制问题归纳为输入约束下的时间最优控制问题。由于具有输入约束的时间最优控制难以求出解析解,本问中将问题进行转化,提出了一种可等效求解输入约束下时间最优控制问题的数值算法。实验结果表明,本文设计的新一代中型组足球机器人各方面性能均满足比赛要求,提出的控制问题符合实际,采用的控制方法有效。

全文目录


摘要  10-11
ABSTRACT  11-12
第一章 绪论  12-16
  1.1 引言  12-14
    1.1.1 课题研究背景和意义  12-13
    1.1.2 课题研究现状  13-14
  1.2 本文研究内容以及论文结构  14-16
    1.2.1 论文创新点  14-15
    1.2.2 论文组织结构  15-16
第二章 中型组足球机器人全向移动平台设计  16-25
  2.1 新结构全向轮设计  16-19
    2.1.1 全向轮研究现状  16-18
    2.1.2 新结构全向轮的设计  18-19
  2.2 全向移动平台设计  19-24
    2.2.1 全向移动平台原理分析  19-22
    2.2.2 全向移动平台结构设计  22-24
  2.3 小结  24-25
第三章 中型组足球机器人主动控球系统设计  25-39
  3.1 主动控球机构控球原理分析  25-34
    3.1.1 机构构型和几何约束  25-26
    3.1.2 机构受力分析  26-31
    3.1.3 主动控球机构运动学分析  31-34
  3.2 主动控球机构的结构设计  34-35
    3.2.1 设计目标和参数选择  34
    3.2.2 机构工作原理和实际结构  34-35
  3.3 主动控球机构的控制  35-38
  3.4 小结  38-39
第四章 全向移动平台模型的建立及控制问题的提出  39-54
  4.1 全向移动平台模型的建立  39-48
    4.1.1 全向移动平台的运动学模型  39-41
    4.1.2 全向移动平台的动力学模型  41-44
    4.1.3 全向移动平台的控制模型  44-48
  4.2 应用于足球机器人的全向移动平台典型运动控制问题的提出  48-52
    4.2.1 机器人移动站位  48-49
    4.2.2 机器人追球  49-50
    4.2.3 机器人带球运动到目标射门点  50
    4.2.4 机器人截球或者阻截对方机器人  50-51
    4.2.5 机器人和队友远距离传接球配合  51-52
  4.3 小结  52-54
第五章 全向移动平台基于约束的优化控制  54-71
  5.1 全向移动平台时间最优控制问题的提出  54-55
  5.2 全向移动平台控制模型  55
  5.3 约束条件下的最优控制算法  55-60
    5.3.1 最优控制中的梯度方法和minH方法  56-58
    5.3.2 时间最优控制问题的等价转换  58-60
  5.4 时间最优控制问题的等效求解算法  60-69
    5.4.1 算法流程  60-61
    5.4.2 算法示例  61-63
    5.4.3 算法分析  63-64
    5.4.5 算法改进  64-65
    5.4.6 实验结果  65-69
  5.5 足球机器人比赛背景下全向移动平台实际控制问题  69-70
  5.6 小结  70-71
第六章 结论与展望  71-73
  6.1 结论  71-72
  6.2 展望  72-73
结束语  73-74
致谢  74-75
参考文献表  75-77
作者在学期间取得的学术成果  77

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 机器人技术 > 机器人 > 智能机器人
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