毕业设计论文-足球机器人决策系统的研究与设计 - 图文(4)

江苏大学2008级本科毕业论文

况适当调整相关性能参数。下面针对足球机器人的各个子系统进行详细介绍。

2.3.1 视觉系统

视觉系统是足球机器人的信号检测机构，由摄像头、采集卡等硬件处理设备和图像处理软件组成。每个队有自己的颜色标识，每个队员也有自己区分其他队员的颜色标识。视觉系统的任务是实时采集和处理足球场上的比赛场景，从而获得各机器人和球的速度、方位等信息[23]。视觉系统的输出是决策系统的输入，视觉部分的关键是获得准确的机器人的位姿信息，为决策系统协调策略做好准备。场上形势瞬息万变，视觉系统必须实现每秒数十幅彩色图像的辨识，并给出各实体精确的位姿，故视觉系统要求具有实时性，精确性；除此之外由于比赛时光照不均，还可能出现各类色光干扰，视觉系统还要考虑抗干扰性。视觉子系统的软件流程如图2.3所示。

图像采集卡A/D转化 图像识别算法 摄像头 决策系统 图2.3 视觉子系统流程图

Fig.2.3 Flow Chart of Vision System

在设计视觉系统需要考虑的问题如下[24]： (1) 图像增强。滤除噪声，提高质量； (2) 图像恢复。对于几何畸变的矫正； (3) 色标设计与辨识算法研究；

(4) 颜色模型的选择与亮度不变性的考虑； (5) 颜色分割与特征提取算法； (6) 视觉系统处理信息的速度； (7) 辨识精度。

2.3.2 决策系统

决策系统是整个比赛系统的核心，是连接视觉系统和无线通讯系统的重要环

10

江苏大学2008级本科毕业论文

节。决策系统是一个多智能体系统的协调控制系统。它主要包括：视觉信息预测处理，多智能体(MAS)协调策略、角色分配执行、路径规划、运动控制这几个主要部分。还有很多和其他系统的接口。

由于整个机器人系统运作过程中会产生信息传递延时，视觉信息不能真实的反映当前机器人和球的位置坐标和方向，需要对位置信息进行预测。一般采用的办法有扩展卡尔曼滤波、线性模型、BP神经网络等方法。

一段时间内或者有一定目的的机器人队伍整体决策称为战术，根据不同的情况采用不同的战术。每个机器人都会分配到不同的任务，并且每个战术都有它的应用条件，通过战术选择算法在比赛中决策系统能自适应对手进行战术选择，对任何对手都能以最高效率进行比赛。

路径规划的问题是机器人如何避开所有的障碍从一点走到另一点，常用算法有：基于格点的算法，遗传算法，人工势场法，Delaunay三角法，几何方法，随机扩展搜索算法等[25]。

2.3.3 无线通信系统

无线通信系统是联系主机与机器人的桥梁与纽带，主要负责把决策指令通过串行方式输出至无线发射机，经调制后发射出去，机器人内的无线接收机解调出无线信号上所载命令信息。无线通信过程如图2.4所示：

通信子系统 数字信号 PWM RF发送器 机器人小车 R/C接收器 PWM CPU 图2.4 无线通信过程

Fig.2.4 Flow Chart of Wireless Communication System

通信系统分为发射系统和车载接收系统两部分，发射装置与主机相连，接收装置在足球机器人上。来自主机决策系统的控制命令（数字信号）通过计算机的

11

江苏大学2008级本科毕业论文

串行口送至通信发射模块，经过调制后发射出去，机器人的通信接收模块接收命令并解调后传送给车载微处理器进一步处理，以决定机器人的行为[26]。

在通信过程中，信号以无线电波的方式传输比较容易受到外界信号（各种噪声及近频带信号）的干扰而产生误差；同时由于机器人上的接收器与机器人的控制电路安排在一起，还装有驱动电路和电动机，电磁环境恶劣也容易受到干扰而产生误差，通信过程有误差将导致机器人错误的动作，所以要求通信系统具有较强的抗干扰能力和可靠性。

无线通信子系统式机器人足球闭环控制系统的一个重要组成部分，其通信性能的好坏，将严重影响机器人的运动和比赛是否能够顺利进行。为了提高通信质量和通信效率，在设计通信系统是应该注意通信芯片的选择和通信协议的制定。

2.3.4 机器人小车系统

机器人车体可分为机械执行机构和电路控制两个部分，机械执行机构的主要功能是机械传动和运动驱动，是足球机器人系统的最终执行机构，其性能的好坏在一定程度上决定了比赛的胜负，所以机器人实体必须具备良好的稳定性和灵活性，能够快速实现前进、后退、转向、停止等基本动作，并根据指令要求完成战术动作(带球、射门等战术)。机械部分主要包括行走机构、带球机构和击球机构；电路控制部分的功能是与无线通讯接口，接受运动控制指令，驱动和控制各机械执行机构。控制电路可分为四个部分：(1)无线通讯系统的接收端。用来接收和解码无线指令，获得决策命令。(2)主控制电路。用来执行决策命令，给执行机构的驱动电路发送驱动信号。(3)驱动电路，主要用来驱动行走机构和球处理机构等驱动电路。(4)传感器电路。用来为执行机构控制提供反馈信息，以达到精确、有效的执行决策指令的目的[27]。

2.4本章小结

本章从总体上介绍了足球机器人系统，其中包括足球机器人分类、FIRA国际比赛规则和场地规划。同时，对机器人系统进行了总体概述，针对视觉系统、决策系统、无线通讯系统和小车系统分别介绍，从整体上对机器人有了宏观认识。

12

江苏大学2008级本科毕业论文

第三章 决策系统设计

决策子系统是足球机器人比赛系统的大脑，它以视觉系统处理得到的球场环境信息数据为依据，根据现场的情况（如当前得分、控球方、对手的水平等因素）安排相应的策略，决定是进攻还是防守，确定机器人队形和角色分配，然后根据从策略数据库调用的策略，规划机器人的任务，决定各机器人的路径规划，并生产运动轨迹，从动作函数库中调用相应的动作函数进行轨迹跟踪，然后形成各机器人小车左右轮轮速的控制命令，最后通过通信子系统发送给赛场上的足球机器人。决策子系统是决定整个系统实时性的重要因素。它极大地影响着比赛的胜负结果。

3.1 决策系统设计原则

决策子系统在制定决策时更多的可以参照盲人教练思维过程展开，如果说决策子系统充当的是教练员的职责，那么教练员是个盲人，他只能通过所接收到的关于场上敌我双方的位置、局势、阵型以及各自运动趋势的信息来进行比赛分析，再做出决策指挥全队球员的左右脚行动(左右轮速)。基于盲人教练的思维过程，东北大学徐心和教授提出了六步推理模型，在机器人决策系统设计中被广泛使用。本课题以该模型为指导思想，将策略分为了以下六个步骤[28]：

（1）输入信息预处理。主要是计算各个实体之间的距离，双方机器人和足球的速度矢量以及角速度。

（2）态势分析与决策选择。通过分析球的位置和双方机器人的位置来判断各个机器人应该采用进攻策略还是防守策略。

（3）队形确定与决策分配。根据各个队员所在位置进行角色划分，例如：首先确定守门员，再根据所处位置判定进攻与防守的人数比例。

（4）目标位置确定及动作选择。每一个复杂的动作都是由很多个基本动作组合而成，基本动作包括定点（以一定速度运动到某点）和转角（以一定角速度转过既定角度）。

（5）运动轨迹规划。从效果上来看是指在哪些条件下直接运动到定点，什么

13

江苏大学2008级本科毕业论文

时候走曲线，哪些情况下需要避障。 （6）小车轮速确定。

六步推理模型很好地描述了机器人足球决策系统的决策思路，但在实际决策应注意根据实际情况分解决策过程分解，避免在不必要的时候分解过细而造成机器人执行的不连贯。

3.2 总体设计流程

决策系统总体设计的流程图如图3.1所示：

视觉信息 视觉系统 信息预处理 态势分析和 任务分解 规则表 队形确定 协调、分配 角色分配 守门员 前 锋 中 锋 后 卫 自由人 角色解释 技术动作 基本动作 路径规划 速度指令 无线通讯系统 无线传输 小车系统 步进电机控制 图3.1 决策系统流程图 Fig.3.1 Flow Chart of Strategy System

14

百度搜索“77cn”或“免费范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，免费范文网，提供经典小说综合文库毕业设计论文-足球机器人决策系统的研究与设计 - 图文(4)在线全文阅读。