毕业设计论文-足球机器人决策系统的研究与设计 - 图文(5)

江苏大学2008级本科毕业论文

守门员所在的角平分线方程为：

y=tanθ*x+( yz- tanθ* xz) （4.3） 由式4.1和4.2可以求解出角平分线的斜角θ，代入式4.3可以计算出守门员所在的角平分线方程。取x为守门员所处的横坐标值，则可以得到相应的y值，即守门员站位点G（x,y）。通过下列程序使守门员移动到角平分线关键点G点：

A=which Bot.pos /*获取球的坐标位置*/ If A.y>y

Then vr= 100 /*前进至G点*/ vl= 100

else if vr= -100 /*后退至G点*/ vl= -100 end if

2.路线关键点

当守门员机器人判断出球在很大概率上会直接射门，则采用路线关键点站位法。具体情况即球处于主危险区，并且以较快的速度向我方球门运动，此时前锋补射的概率较小，则守门员直接运动到路线关键点进行防守。实现代码如下：

tr=which Bot.pos.z /*获取球当前的运动方向*/ k=tan(tr) /*球所在直线的斜率*/ y=kx+b /*假设球所在直线方程*/

由于该直线经过球所在位置点（x1，y1）,其中：

x1=which Bot.pos.x /*获取球当前的x坐标*/ y1=which Bot.pos.y /*获取球当前的y坐标*/ b=y1-kx1 y=kx+(y1-kx1)

与角平分线关键点方法相同，同样代入守门员所在直线的x坐标，即可得到路线关键点站位法中守门员所应该处于的位置。最后调用运动程序，使守门员前往该关键点进行防守。仿真图如图4.8所示

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图4.8 路线关键点站位法仿真示意图

Fig.4.8 Sketch-map of Route Key Point Strategy

3.前锋-球关键点

该种站位方法是在球运动过程中考虑到对方前锋可能对球进行补射的情况。分别有以下几种可能：

（a）当球位于主危险区以较慢的速度靠近我方球门时，若对方前锋与球的距离小于警戒距离，则前锋很有可能对球进行补射。

（b）球在主危险区背离我方球门运动。该种情况下若小球再次向我方球门运动，则只可能发生在对方前锋补射后，因此守门员应采用前锋-球关键点站位法。

Z(xz,yz) M(x1,y1) B A 运动方向 补射方向 图4.9 前锋-球关键点示意图 Fig.4.9 Vanguard-goal Key Point Strategy 图4.10 前锋-球关键点仿真

Fig.4.10 Vanguard-goal Key Point Simulation

针对以上情况，如图4.9所示，由于对方前锋M进行补射，则射门直线经过M和Z两点。令该直线方程为：

y=kx+b （4.4）

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和路线关键点站位法类似的，首先获取M点和Z点坐标，代入式4.4中可以得到该直线方程，再代入守门员运动直线所在的x值，可以得到站位点的y值。最后调用运动代码，输出轮速使小车到达目标点位置。在Middle League SimuroSot中仿真如图4.10所示。

4.4 本章小结

简便、快捷的策略设计是软件仿真的优点所在，实现软件仿真在工程设计中具有极其重要且积极的意义。本章针对足球机器人决策系统的软件仿真进行了详细介绍。首先介绍了Middle League SimuroSot仿真平台以及其使用方法，然后详细介绍了三种基本动作的实现方法和三种关键点（即角平分线关键点、路线关键点和前锋-球关键点）站位方法的设计流程。三种方法都是通过获取球或者队员所在坐标信息来建立方程，得到球的运动轨迹。代入守门员所在直线的横坐标值后，即可得到目标关键点的坐标。最后调用轮速输出代码，实现守门员的运动。

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第五章 决策系统硬件设计

通过实际动手搭建足球机器人，能够更全面的认识整个机器人结构，为以后的机器人实物仿真打下基础。同时，动手能力的培养也是在工程设计中不可或缺的环节。本章将从实用的角度来介绍足球机器人及相关硬件搭建。包括机器人选择、硬件配置以及组装等。

5.1 足球机器人实物介绍

足球机器人系统需要完成对图像信号的处理、无线通讯、决策控制以及小车驱动等主要功能。通过市场调查，选择圆梦机器人二代无线通讯智能小车进行实物搭建。小车基本配置包括精简小车配置、USB转UART/I2C机口套件、无线通讯套件以及轨迹采样选件。下面对各个部分进行简要介绍。 5.1.1精简小车配置

精简小车由底盘、车轮、电机及相关驱动电路、电源、控制器和码盘构成。 1.底盘。采用开模制作，可供安装车轮、电机及相应控制部分。

2.车轮。采用三点支撑方式，由两个车轮和一个万向轮构成。其中万向轮采用不锈钢钢珠，由四个小滚珠作为支点支撑大滚珠，从而减小了相互之间的摩擦力。

3.电机及相关驱动电路。选用N20 仪表电机可降低功耗，并且配有减速装置，可实现较高的驱动效率。同时，在驱动电路方面配有H桥驱动电路以实现电机的正转和反转。

4.电源。采用四节七号充电电池供电。

5.控制器。由STC12LE5410AD 改进型 51单片机控制，该型号单片机具有四点优势：其一速度快（约8倍于经典51系列单片机 ），其二内带8路10位AD，其三是内带 4 通道PCA，弥补了51 定时器不够的缺陷，其四支持 ISP 编程，省去了写入器。

6.码盘。通过检测小车的运动速度和距离实现闭环控制。

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5.1.2无线通讯部分

该部分主要用于上位机和足球机器人之间进行通信，上位机由此实现对机器人的控制，反之，机器人针对球场的情况同样通过无线通讯向上位机进行反馈。所涉及到的通信协议如下：

1.字节格式

标准UART 格式 —— 19200 8 N 1(波特率为19200，8位数据位，无奇偶校验位，1位停止位)

2.帧格式 帧头 接收方地址 发送方地址 帧长 命令 数据域 校验和 其中，帧头由两个特殊的字节0x55和0xAA构成，数据域字节数以数据情况而定，其余部分均为一个字节。 5.1.3轨迹采样部分

轨迹采样部分主要由一个红外反射采样器GP330以及相关放大、调理电路构成。通过发射红外线并经过地面反射，若地面存在轨迹，则采样器接收到的波形将产生差异，从而实现轨迹追踪。实物如图5.1所示。

图5.1 轨迹采样部件

Fig.5.1

5.2 足球机器人装配步骤

在装配过程中首先根据原理图分别焊接底盘、电机、码盘采样器以及红外轨

迹采样器。在各部分焊接无误后用四根六角铜螺柱连接电路板和小车底盘，电路

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