足球機器人軟硬件架構(gòu)和動態(tài)環(huán)境下實時避障方法研究.pdf

1、近年來隨著RoboCup中型組機器人足球比賽對抗程度的提高，機器人所處的環(huán)境體現(xiàn)出更強的動態(tài)性和復(fù)雜性。機器人在硬件架構(gòu)、軟件架構(gòu)和實時避障等方面面臨著諸多問題和挑戰(zhàn)。本文針對這三方面問題，以國防科大 NuBot參賽機器人為平臺開展了相關(guān)研究。
　　首先，設(shè)計了基于PC控制技術(shù)的機器人電氣硬件架構(gòu)。以工業(yè)PC為核心，構(gòu)建了基于EtherCAT總線技術(shù)的實時以太網(wǎng)通信系統(tǒng)；在linux內(nèi)核系統(tǒng)下使用SOEM庫搭建了EtherCAT主

2、站，實現(xiàn)了PC與底層電機控制器Elmo的通信。經(jīng)過RoboCup2014的比賽驗證，新的機器人硬件架構(gòu)具有更好的穩(wěn)定性，從 PC到底層控制器的通信延時更小、實時性更高。
　　其次，設(shè)計了基于機器人操作系統(tǒng)ROS的軟件架構(gòu)。分別從常規(guī)機器人和守門員機器人兩種不同的硬件架構(gòu)分析了ROS框架下的節(jié)點配置；詳述了機器人實時避障算法在基于ROS的軟件系統(tǒng)框架下的實現(xiàn)流程。ROS豐富的硬件驅(qū)動庫使得機器人在增加新的傳感器或執(zhí)行器后不必耗費大量

3、時間開發(fā)硬件驅(qū)動，并且各個節(jié)點的代碼單獨管理互不影響，使機器人軟件系統(tǒng)構(gòu)建和維護變得更加高效。實驗結(jié)果表明，ROS的實時性能夠滿足目前足球機器人對決策控制和運動控制的要求。
　　另外，結(jié)合子目標點法和三次樣條曲線法的優(yōu)勢提出了一種新的移動機器人實時避障方法。首先，迭代應(yīng)用子目標點法生成中間點（via-points）；然后應(yīng)用三次 B樣條法對生成的中間點進行插值并生成期望的幾何路徑；最后考慮運動約束將幾何路徑軌跡化，機器人將跟蹤生成