足球機(jī)器人目標(biāo)識(shí)別及決策規(guī)劃方法研究.pdf

1、多機(jī)器人系統(tǒng)是當(dāng)前機(jī)器人領(lǐng)域研究的一個(gè)熱點(diǎn)，與之相關(guān)的研究包括多機(jī)器人協(xié)作、任務(wù)分配、多機(jī)通信、路徑規(guī)劃等。相比單機(jī)器人系統(tǒng)，多機(jī)器人系統(tǒng)在技術(shù)實(shí)現(xiàn)、使用范圍、環(huán)境適應(yīng)能力、完成任務(wù)的效率和質(zhì)量等方面都有明顯優(yōu)勢(shì)。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)需求的推動(dòng)下，機(jī)器人系統(tǒng)的實(shí)用性能逐步提升，對(duì)機(jī)器人的研究工作也逐漸轉(zhuǎn)向在實(shí)際復(fù)雜環(huán)境中建模的應(yīng)用性研究。
　　機(jī)器人足球比賽是近年來發(fā)展起來的一項(xiàng)科技競(jìng)賽活動(dòng)，機(jī)器人足球比賽主要涉及機(jī)

2、器人技術(shù)、感知與融合、通信、視覺與圖像處理、推理決策及機(jī)器學(xué)習(xí)等多個(gè)領(lǐng)域，作為一個(gè)典型的多智能體協(xié)作系統(tǒng)，該系統(tǒng)為機(jī)器人學(xué)和多智能體協(xié)作提供了一個(gè)理想的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
　　本文以基于全局視覺系統(tǒng)的小型足球機(jī)器人系統(tǒng)為研究對(duì)象，重點(diǎn)對(duì)多機(jī)器人系統(tǒng)中時(shí)變環(huán)境下目標(biāo)識(shí)別方法、復(fù)雜環(huán)境下路徑規(guī)劃方法、目標(biāo)位置不確定的動(dòng)態(tài)任務(wù)分配策略等問題進(jìn)行研究，取得了如下具有創(chuàng)新性的研究成果:
　　(1)針對(duì)足球機(jī)器人比賽中場(chǎng)地環(huán)境亮度變化影響機(jī)器人

3、決策的問題，本文提出了動(dòng)態(tài)模板模型，在模板建立過程中考慮數(shù)據(jù)特征隨時(shí)間變化的特點(diǎn)，并結(jié)合傳統(tǒng)聚類數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)模型，提出了一種引入時(shí)間控制因子的改進(jìn)的支持向量機(jī)(SupportVectorMachine，SVM)分類算法，保證了環(huán)境亮度變化情況下視覺識(shí)別目標(biāo)的穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性，同時(shí)通過間隔數(shù)據(jù)抽取構(gòu)建數(shù)據(jù)集來模擬亮度快變過程，測(cè)試結(jié)果表明該策略在亮度快速變化時(shí)同樣具有優(yōu)良的分類處理能力，最后在大規(guī)模數(shù)據(jù)集下做了一組測(cè)試，驗(yàn)證了算法的通用性和有效

4、性。
　　(2)針對(duì)足球機(jī)器人系統(tǒng)中目標(biāo)位置時(shí)變的特點(diǎn)，本文提出了一種利用Voronoi圖進(jìn)行建模的快速任務(wù)分配方法，用以提升由于目標(biāo)位置快速變化而導(dǎo)致的任務(wù)執(zhí)行效率的問題。在分析足球機(jī)器人系統(tǒng)任務(wù)分配特點(diǎn)的過程中，本文對(duì)傳統(tǒng)拍賣算法進(jìn)行任務(wù)分配可能產(chǎn)生死鎖的原因進(jìn)行分析，進(jìn)而在拍賣流程中引入防止過度等待流程和任務(wù)執(zhí)行監(jiān)督流程，并利用單個(gè)任務(wù)執(zhí)行結(jié)束事件觸發(fā)拍賣流程，降低了任務(wù)分配中可能出現(xiàn)的死鎖風(fēng)險(xiǎn)，提升了任務(wù)分配流程的魯棒性。

5、
　　(3)針對(duì)足球機(jī)器人在動(dòng)態(tài)復(fù)雜環(huán)境中的路徑規(guī)劃問題，本文提出了一種基于障礙預(yù)測(cè)的滾動(dòng)窗口式移動(dòng)機(jī)器人動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃方法。該方法有效地結(jié)合了靜態(tài)全局路徑規(guī)劃與動(dòng)態(tài)局部路徑規(guī)劃的優(yōu)點(diǎn)，在移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過程中，通過對(duì)動(dòng)態(tài)障礙物運(yùn)動(dòng)軌跡的預(yù)測(cè)來創(chuàng)建滾動(dòng)窗口規(guī)劃局部路徑，在分析靜態(tài)全局遍歷路徑規(guī)劃方法的不足后，本文提出了一種主方向路徑搜索策略，并利用方向一致性回溯實(shí)現(xiàn)了滾動(dòng)窗口中的較優(yōu)路徑快速獲取，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)全局路徑的調(diào)整，使機(jī)器人在運(yùn)