足球機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、機(jī)器人足球比賽是近年來(lái)在國(guó)際上迅速開(kāi)展起來(lái)的高科技對(duì)抗活動(dòng)，是將高科技和人們喜愛(ài)的足球運(yùn)動(dòng)結(jié)合在一起的產(chǎn)物，是集機(jī)器人學(xué)、智能控制、無(wú)線通訊、圖像處理、機(jī)械學(xué)等多種學(xué)科和技術(shù)于一體的綜合性產(chǎn)物。本文研究并實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人的全向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)和無(wú)線通信系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了機(jī)器人的狀態(tài)檢測(cè)算法的研究。 本文的主要工作如下： 研究了足球機(jī)器人的硬件平臺(tái)，并重點(diǎn)對(duì)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、擊球機(jī)構(gòu)和帶球機(jī)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。為了更好的滿

2、足RoboCup中型組比賽的實(shí)時(shí)性要求，采用了全向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，包括三個(gè)通過(guò)直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的全向輪，每只電機(jī)都連有行星減速器和光電編碼器。三輪全向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)滿足了完整運(yùn)動(dòng)約束，同雙輪差分運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)相比，可以在復(fù)雜的動(dòng)態(tài)環(huán)境中更加自如、準(zhǔn)確的到達(dá)目標(biāo)位置。擊球機(jī)構(gòu)采用高壓電磁閥提供動(dòng)力，在電磁閥導(dǎo)通時(shí)將球擊出，并通過(guò)彈簧復(fù)位。帶球機(jī)構(gòu)采用由紅外傳感器控制的直流電機(jī)和兩側(cè)護(hù)板，有效減少了丟球現(xiàn)象。 研究并實(shí)現(xiàn)了足球機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。設(shè)

3、計(jì)了分層的控制結(jié)構(gòu)，上位機(jī)采用筆記本電腦，下位機(jī)采用兩塊通過(guò)CAN總線進(jìn)行通信的DSP芯片，對(duì)直流伺服電機(jī)和擊球器進(jìn)行控制。上位機(jī)通過(guò)維護(hù)有限狀態(tài)自動(dòng)機(jī)，根據(jù)視覺(jué)系統(tǒng)獲取的圖像信息和下位機(jī)的返回速度，給出下一步的動(dòng)作決策，并通過(guò)速度規(guī)劃模塊計(jì)算出下一時(shí)刻期望的運(yùn)動(dòng)速度，發(fā)送給下位機(jī)。下位機(jī)采用PID算法，形成閉環(huán)控制，對(duì)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)行控制，并加入了擾動(dòng)解耦環(huán)節(jié)，提高了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的精確性。設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了場(chǎng)外Coach程序，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將

4、裁判盒給出的裁判和動(dòng)作命令轉(zhuǎn)發(fā)給場(chǎng)上己方機(jī)器人。 研究并實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的自動(dòng)狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)，使得機(jī)器人能夠感知自身狀態(tài)，并可以結(jié)合決策系統(tǒng)改變控制方式和比賽策略。文中討論中型組足球機(jī)器人自動(dòng)狀態(tài)檢測(cè)涉及的內(nèi)容，研究了運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)狀態(tài)檢測(cè)的方法，并提出了基于圖像信息和閾值分類器的算法，對(duì)擊球器的狀態(tài)進(jìn)行判斷。 我們以RoboCup中型組機(jī)器人足球比賽為應(yīng)用背景，建立了自己的足球機(jī)器人隊(duì)伍，于2005、2007年兩度參加Ro