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RoboCup中型组机器人决策系统关键技术研究

作　者: 梁虎
导　师: 蔡宗琰
学　校: 长安大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 足球机器人决策系统态势评估角色分配路径规划 Bezier曲线
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

为更好的满足人类的需求,近年来人们迫切要求研制具有类人思维的智能机器人。RoboCup中型组机器人以其高度的独立感知、独立决策和独立控制能力,成为研究智能机器人的良好平台。RoboCup中型组机器人拥有视觉、通讯、决策和底层控制等四个系统,其中决策系统是赋予机器人人工智能的核心系统,本文以其为研究对象,并针对其关键技术展开研究工作。首先,本文根据RoboCup中型组比赛特点,提出一种面向中型组比赛的决策模型,并将此模型作为搭建决策系统的推理基础。该模型将RoboCup中型组机器人决策过程分为由场外教练机完成的群体决策和由机器人自己完成的自主决策,其中群体决策主要任务是态势评估、阵型确定和角色分配,自主决策层主要完成行为选择、路径规划和轨迹跟踪等任务。其次,选择了八种能够较为客观反映比赛态势的因素,采用模糊综合评判方法对比赛态势进行评估,并根据评估结果和场上有效机器人的数量确定阵型,最后再次采用模糊综合评判方法评估场上机器人的进攻或防守能力,并根据评估结果为每一个机器人分配角色。针对这种群体决策方法,本文在matlab环境下进行仿真,证明该方法有效可行。再次,根据RoboCup中型组机器人的运动特点和RoboCup中型组比赛特点,设计了RoboCup中型组机器人的一些基本行为动作和复杂行为动作,然后利用决策树方法,设计了机器人行为选择策略。最后,提出一种基于Bezier曲线的最优路径规划算法,该算法利用Bezier曲线描述机器人路径,并且在考虑机器人的极限速度、加速度以及障碍物等因素的基础上,寻求机器人的最短路径,最后在matlab环境下进行了仿真验证,取得了较为理想的效果。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第一章绪论  11-21
  1.1 RoboCup比赛的研究背景及研究意义  11-12
    1.1.1 研究背景  11
    1.1.2 研究意义  11-12
  1.2 RoboCup比赛的国内外发展状况及发展趋势  12-15
    1.2.1 国外发展状况  12-14
    1.2.2 国内发展状况  14
    1.2.3 发展趋势  14-15
  1.3 RoboCup中型组简介  15-18
    1.3.1 RoboCup中型组比赛简介  15-17
    1.3.2 RoboCup中型组机器人系统简介  17-18
  1.4 RoboCup中型组机器人决策系统的关键技术  18-20
  1.5 本文组织结构  20-21
第二章 RoboCup中型组机器人决策模型研究  21-29
  2.1 引言  21
  2.2 决策系统经典模型  21-25
    2.2.1 六步推理模型  21-22
    2.2.2 四层决策模型  22-24
    2.2.3 三层决策模型  24-25
  2.3 面向RoboCup中型组比赛的决策模型  25-26
  2.4 本文研究的主要内容  26-28
  2.5 本章小结  28-29
第三章 RoboCup中型组机器人群体决策研究  29-54
  3.1 引言  29
  3.2 模糊理论  29-32
    3.2.1 模糊集的定义  30
    3.2.2 模糊集的描述  30-31
    3.2.3 模糊集的运算及性质  31
    3.2.4 模糊综合评判  31-32
  3.3 态势评估  32-42
    3.3.1 态势评估典型方法  32-36
    3.3.2 多因素模糊综合评估法  36-42
  3.4 阵型的选择  42-45
    3.4.1 阵型的分类  42-44
    3.4.2 阵型的选择  44-45
  3.5 角色分配  45-49
    3.5.1 角色的定义  46
    3.5.2 角色的分配  46-49
  3.6 仿真及结果分析  49-53
  3.7 本章小结  53-54
第四章 RoboCup中型组机器人行为设计与选择  54-72
  4.1 引言  54
  4.2 RoboCup中型组机器人行为空间划分  54-55
  4.3 RoboCup中型组机器人运动学分析  55-60
    4.3.1 坐标系建立及模型假设  56-58
    4.3.2 运动学分析  58-60
  4.4 RoboCup中型组机器人行为设计  60-68
    4.4.1 基本行为设计  60-62
    4.4.2 守门员行为设计  62-64
    4.4.3 攻门行为设计  64-65
    4.4.4 解围行为设计  65-66
    4.4.5 截球行为设计  66-68
  4.5 RoboCup中型组机器人行为选择策略  68-71
    4.5.1 守门员行为选择  68-69
    4.5.2 进攻角色行为选择  69-70
    4.5.3 防守角色行为选择  70-71
  4.6 本章小结  71-72
第五章 RoboCup中型组机器人路径规划研究  72-91
  5.1 引言  72
  5.2 常用路径规划方法  72-79
    5.2.1 中垂线法  72-73
    5.2.2 动态栅格法  73-75
    5.2.3 人工势场法  75-79
  5.3 基于Bezier曲线的路径规划基本方法  79-82
    5.3.1 Bezier曲线的定义  79-80
    5.3.2 Bezier曲线的性质  80
    5.3.3 Bezier曲线路径规划基本方法  80-82
  5.4 基于Bezier曲线的最优路径规划  82-88
    5.4.1 最优Bezier曲线路径规划问题分析  82-83
    5.4.2 最优Bezier曲线路径目标函数  83
    5.4.3 最优Bezier曲线路径约束分析  83-86
    5.4.4 基于粒子群算法的最优Bezier曲线路径求解  86-88
  5.5 仿真及结果分析  88-90
  5.6 本章小结  90-91
第六章总结与展望  91-93
  6.1 本文工作总结  91-92
  6.2 展望  92-93
参考文献  93-97
攻读学位期间取得的研究成果  97-98
致谢  98

RoboCup中型组机器人决策系统关键技术研究

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