机器人足球系统决策控制研究

上海大学硕士学位论文机器人足球系统决策控制研究姓名：张冰申请学位级别：硕士专业：控制理论与控制工程指导教师：陈万米20080101机器人足球系统决策控制研究作者：张冰学位授予单位：上海大学相似文献(10条)1.学位论文胡广基于DSP的足球机器人设计与开发2002足球机器人涉及机器人学、人工智能、计算机技术、电机控制、数字通讯、图像处理、机构学、人工生命等多个领域，为研究多智能体系统、人工智能等理论提供一个很好的试验平台。在国际上，它引起了越来越多的学者的关注。机器人足球系统由机器人子系统、视觉子系统、决策子系统和通信子系统四个部分组成。本文介绍的足球机器人系统是基于视觉的，视觉系统通过CCD摄像头和图像采集卡对场上的情景进行实时采集和处理，决策系统接收来自视觉系统的图像辨识结果(包括本队和对方机器人的位姿及球的位置)作出决策，通过通讯系统发出命令控制小车完成一系列动作，如带球、射门等。视觉系统的图像处理和决策系统在一台主机上完成，机器人接收来自主机的左右轮速度控制命令，能够完成左右电机的速度闭环控制。文中系统地研究了足球机器人小车的硬件和软件设计与开发。介绍了整个机器人足球系统的组成和总体结构，论述了基于DSP的足球机器人小车控制器的硬件设计方案，对小车的微控制器、电机和电机驱动、速度检测、通讯单元和电源五个部分进行了全面的描述。2.期刊论文王牛.李祖枢.潘娅.王姮.WANGNiu.LIZu-shu.PANYa.WANGHeng基于意图的多智能体协调机制及其在Mirosot机器人足球系统中的应用-机器人2007,29(6)为建立一套满足调机制.这种机制利用各智能体的意图,在时间和空间上加以配合,从而完成复杂行为的协调控制.将该机制用于Mirosot足球机器人系统,对该机制进行了说明.3.学位论文钟碧良机器人足球系统的研究与实现2002该文的主要内容如下:(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.(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.(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.(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法和步骤.(6)最后该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Windows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.4.期刊论文谢云.杨宜民自主机器人足球系统的通信机制及通信语言设计-微电子学与计算机2004,21(7)自主移动机器人系统涉及到在未知的动态环境中多智能体的协同工作,如何实现各移动机器人之间的高效实时通信是一个关键的问题.通信需要解决对话管理、通信语言和通信协议三个问题.其中,通信语言是智能体之间传送信息和交换知识的媒介.本文建立了全自主移动机器人系统的通信机制,为多机器人系统的协作问题求解和知识共享提供一套基于KQML的简单实用可靠的通信语言.实验证明该设计方法可行.5.学位论文王书理机器人足球系统改进与实现的研究2006机器人足球比赛是近年来在国际上迅速开展起来的高科技对抗活动，是把高科技和人们喜爱的足球运动结合在一起的产物，是集机器人学、智能控制、无线通讯、图像处理、机械学等多种学科和技术于一体的综合性产物。本文以Mirosot5对5小型组机器人足球系统为研究平台，首先介绍了足球机器人的研究历史以及现状，然后对机器人足球系统的决策子系统、视觉子系统、无线通讯子系统以及小车子系统的组成结构及设计方法进行了研究，对其存在的问题进行了剖析，并且提出了改进的方法。本文工作的主要研究内容包括：首先，设计并实现了一个新的视觉算法，解决了机器人足球系统目前存在的目标识别困难问题，提出了按机器人假想尺寸避免碰撞的方法，对机器人只需识别队标，从而大大减少了颜色样本，减小了图像处理的难度，提高了目标辨识的准确性。其次，发现了视觉系统存在一种新的误差，并给出了校正方法；发现了一种由于偏心矩导致的运动误差，也给出了校正的方法。再次，分析设计了机器人的各种行为，并给系统增加了带球动作，使射门精度得到显著提高。最后，由于这种新的视觉方法对避碰要求较高，为了更好地实现避碰和路径规划，提出了一种利用状态转移矩阵实现状态转换的路径规划方法。实验结果表明，该方法用于机器人足球系统，能很好地实现机器人之间的相互协调。6.学位论文阎丽娜面向机器人足球系统的多机器人协作与Petri网建模2008在多机器人系统的研究中，多移动机器人系统的协调合作始终是一个热点，也是该领域中一个基础性的研究方向。机器人足球系统是典型的多机器人协作系统，是研究多机器人协作问题的标准平台。本文以基于全局视觉的足球机器人系统为实验平台，对多机器人协作问题进行了研究。首先，研究了足球机器人系统中的多机器人体系结构问题，在参考已有的决策推理模型基础上，提出了合作层、协调层、动作层三层体系结构。该结构将决策过程分解为策略及队形选择、角色分配和动作选择等具体问题。在动作层中，分析了足球机器人运动模型，设计并实现了动作层中的各类动作，为下面工作的开展作了准备。其次，对足球机器人合作层进行了设计，包括信息预处理、态势分析、策略和队形的选择机制，建立了相应的Petri网模型，并运用理论和仿真工具分析了该模型的各种特性。由于本系统中采用固定守门员的方案，所以单独设计了守门员的防守策略，建立了守门员策略选择的Petri网模型，通过理论分析和仿真实验验证了其正确性和合理性。最后，在足球机器人协调层中，提出了基于动态参考点的角色评估函数的角色分配方法，并运用优度评价方法解决同类角色间潜在的局部冲突，仿真实验证明该方法简单并且决策速度快，使任务分配更加明确。在此基础上以进攻队形为例建立了任务分配的Petri网模型，并分析了该模型的特性。在本章最后，给出了本系统的程序框架，并对实验效果进行了分析。7.会议论文王牛.李祖枢.潘娅.王妲.张华基于仿人智能控制的角色分配模型在机器人足球系统中的运用2006角色分配是机器人动作协调过程中必须解决的问题之一.角色分配的数学本质就是一种二部图的匹配问题,仿人智能控制器控制决策的二次映射结构提供了一种具有普适意义的控制结构以解决这类控制问题.以此为基础,提出了由决策分配策略选择器、角色分配策略库、角色冲突协调器以及时序系统构成的基于仿人智能控制的角色分配器结构模型作为角色分配的参考模型,总结了这种角色分配器的设计方法.最后介绍了这种模型在足球机器人系统中的运用实现.在实际足球机器人系统(MiroSot系统)中的成功运用证明了该模型的有效性.8.学位论文张学习全自主机器人足球系统的视觉和全局地图构建2009在较长的时间里，人们主要集中于对单个机器人的研究。随着时代的发展，对机器人的要求越来越高，以至于单个机器人难以满足新的需求。因此，一些学者提出采用多个功能相对简单和独立的机器人组成一个多机器人系统（Multi-robotSystems，MRS），以完成较复杂的任务，满足新的需求。全自主机器人足球系统是典型的多机器人系统，每个机器人由独立的视觉子系统、无线通信子系统、决策子系统和运动控制子系统组成，并且通过无线通信交换信息实现多机器人之间的协作。它试图通过提供一个标准的、易于评价的比赛平台，促进多机器人系统、分布式人工智能及机器人学等领域的研究与发展。因此，全自主机器人足球系统的研发极具挑战性，具有很高的理论研究价值和实际应用价值。机器人足球是目前机器人控制、机器视觉、人工智能、多机器人协调等领域研究的一个热点，也是一个难点。本文主要研究全自主机器人足球系统的视觉及基于多传感器信息融合的机器人的定位和地图构建。主要研究内容如下：（1）根据中型组机器人足球比赛的需要，设计并实现了一套由全向视觉、前向单目视觉和嵌入式视觉构成的混合视觉系统。全向视觉由于信息量大、实时性好而被广泛应用在机器人足球比赛中，但缺点是无法获得机器人的近端信息，前向单目视觉和嵌入式视觉就是为了解决该问题而加入的。前向单目视觉主要用于识别位于机器人正面不远处的目标，且可给出目标精确的位置信息，同时全向视觉和前向单目视觉的处理都是在机器人上位机上进行的。为了解决机器人非前向近端信息缺失的问题，在不增加上位机负担的情况下，本文通过下位机的嵌入式视觉识别机器人周边非前向近端的动态目标或障碍物，较好地解决了机器人360度范围内近端信息的获取问题。实验结果表明，该视觉系统较好地实现了对机器人远端、近端目标的识别。（2）提出了一种对光照具有较好鲁棒性的彩色图像分割方法，该方法首先用区域生长法对彩色图像进行初始分割，然后将分割后的区域用MST（最小支撑树）加以连通，最后通过由目标函数确定的最优阈值实现图像的分割。由于充分利用了图像像素的空间分布信息和全局信息，图像分割效果好，具有较好的鲁棒性和抗干扰能力。（3）研究了一种基于多传感器信息融合的移动机器人自定位方法。首先给出了适应于移动机器人的多传感器拓扑结构，然后对全向轮运动模型、全向视觉成像模型和电子罗盘使用模型进行了分析。最后通过融合多个传感器的信息，用MonteCarlo（MCL）粒子滤波的方法实现了融合定位。实验结果表明，定位结果准确、可靠。（4）在H.324M和3G-324M的基础上，研究了一种改进的使得多机器人系统能够加速会话建立、开始多媒体通讯的方法。并从理论与实验两个方面将该方法与3G-324M中推荐的方法进行了比较。实验结果表明，相对于3G-324M推荐的会话建立方法，本文的方法使得多机器人系统的多媒体通讯会话建立时间节约了50％。（5）研究和讨论了如何通过多机器人的协作，实现全局地图的构建。在单个机器人通过自身携带的多传感器进行局部地图构建的基础上，研究了前向单目视觉传感器的建模方法，在此观测模型的基础上，用极大似然融合算法对球的位置信息进行融合，而对于多机器人返回的对方机器人位置信息，使用DBSCAN聚类分析算法进行信息融合，从而实现全局地图构建。实验结果表明，通过多机器人的协作，可以准确地构建出全局地图，弥补了单个机器人自身传感器的有限感知范围，本文研究的方法完全满足全自主机器人足球比赛中动态环境地图构建的需要。论文的最后对全文的研究内容进行了总结，说明了研究的创新点及主要研究成果，并指出了要进一步研究的问题。9.学位论文余明艳基于协同的足球机器人智能决策系统及冲突消解的研究2003该文在对机器人足球系统及其智能决策系统的逻辑结构进行了研究时首次采用了自然辩证法中的系统分析法.该文在对多智能体协作进行研究时还引入了运筹学中的动态规划法,这是运筹学与人工智能学相结合的一个典例.该文的安排如下:第一章介绍了足球机器人比赛的概况、智能决策系统的发展情况,以及系统分析法理论的由来及该课题研究的内容;第二章运用系统分析法对机器人足球系统及其智能决策系统进行了研究和分析,提出了模型类的新概念,在知识库的表示方法中引入了面向对象的表示法;第三章引入了黑板决策系统的新概念;第四章讨论了足球机器人的基本策略和高层策略,把运筹学中的动态规划法引入到协同任务中来,并给出了算法及仿真结果;第五章是对基于协调的多智能体冲突消解的研究,实现了向避免型冲突转换的关键技,并给出了相应的算法.10.期刊论文燕必成.边峰泉Petri网在机器人足球系统中的应用-桂林航天工业高等专科学校学报2006,11(3)足球机器人系统是一种典型的离散事件动态系统,很难用传统的数学模型表达式来表达.Petri网是一种系统描述和分析工具,由于它本身具有的某些优势,使得它在足球机器人系统中的应用越来越广.论文提出了应用Petri网对该系统建模的方法,利用该方法在对机器人足球比赛充