RoboCup3D系統(tǒng)中足球機(jī)器人的路徑規(guī)劃與傳球策略研究.pdf

1、RoboCup3D仿真比賽是2005年引入的新的仿真組別足球機(jī)器人比賽項(xiàng)目，從2007年開(kāi)始，RoboCup比賽委員會(huì)采用了基于Nao模型的仿真雙足足球機(jī)器人作為比賽隊(duì)員，能夠更加真實(shí)的模擬現(xiàn)實(shí)足球比賽。該仿真比賽系統(tǒng)可以作為一個(gè)仿真雙足足球機(jī)器人和多智能體系統(tǒng)(Multi-agent System，MAS)的通用研究平臺(tái)，通過(guò)這個(gè)平臺(tái)，能夠測(cè)試和發(fā)展各種新的機(jī)器人的理論和算法。由于比賽隊(duì)員是仿真雙足機(jī)器人，其行走過(guò)程必須依靠雙腿擺動(dòng)而

2、不是用輪子滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)，因此與一般的二維平面仿真足球機(jī)器人相比，在Robocup3D平臺(tái)下，仿真雙足足球機(jī)器人研究又面臨許多新的問(wèn)題和挑戰(zhàn)。
　　 三維空間下仿真雙足足球機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方式與二維平面仿真雙足足球機(jī)器人相比有明顯的不同。在三維空間下，本文對(duì)仿真雙足足球機(jī)器人做了以下幾個(gè)方面的研究:
　　 (1)仿真雙足足球機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析
　　 首先分析了仿真雙足足球機(jī)器人的物理參數(shù)，對(duì)機(jī)器人腿部關(guān)節(jié)進(jìn)行簡(jiǎn)化，建立各關(guān)節(jié)

3、的局部坐標(biāo)系。根據(jù)D-H連桿模型推導(dǎo)出各關(guān)節(jié)的位姿變換矩陣，據(jù)此求解踝關(guān)節(jié)的位姿，實(shí)現(xiàn)仿真雙足足球機(jī)器人的正運(yùn)動(dòng)學(xué)求解。然后根據(jù)仿真雙足足球機(jī)器人的腿部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用幾何分析法對(duì)仿真雙足足球機(jī)器人的腿部關(guān)節(jié)進(jìn)行分析，求解腿部各個(gè)關(guān)節(jié)的角度，實(shí)現(xiàn)仿真雙足足球機(jī)器人的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)求解。
　　 (2)仿真雙足足球機(jī)器人路徑規(guī)劃
　　 傳統(tǒng)的路徑規(guī)劃算法都是針對(duì)二維平面下輪式機(jī)器人問(wèn)題進(jìn)行求解的，傳統(tǒng)算法沒(méi)有很好的考慮到二維平面輪式

4、機(jī)器人與三維立體空間雙足機(jī)器人運(yùn)動(dòng)形態(tài)的差異。在RoboCup3D仿真足球機(jī)器人比賽系統(tǒng)中，機(jī)器人是雙足的，由于其運(yùn)動(dòng)形式的局限性，對(duì)運(yùn)動(dòng)速度大小及方向變化很敏感，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的大幅改變?nèi)菀自斐蓹C(jī)器人失去平衡倒地，倒地后重新站立耗時(shí)時(shí)間長(zhǎng)，增加了機(jī)器人到目標(biāo)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)間。本文提出了一種基于遺傳算法實(shí)現(xiàn)的三維立體空間下仿真雙足足球機(jī)器人的路徑規(guī)劃方法，充分考慮到路徑平滑度對(duì)機(jī)器人穩(wěn)定性的影響，實(shí)現(xiàn)了在穩(wěn)定行走的前提下仿真雙足足球機(jī)器人的路徑規(guī)劃