RoboCup中型組足球機器人硬件平臺設計與實現(xiàn)及視覺系統(tǒng)若干問題研究.pdf

1、“足球機器人”是人工智能與機器人領域的應用基礎研究課題，它涵蓋了人工智能、機器人、實時視覺、智能控制和無線電通訊等技術，受到越來越多的關注。特別是中型組足球機器人，要求各個機器人都是全自主的，在實時的對抗比賽中，對其硬件系統(tǒng)的行走機構、運動性能，及軟件系統(tǒng)的魯棒性、實時性和精確度等都提出了更高的要求。研制出全自主機器人并且參加比賽，這是一項很有挑戰(zhàn)的課題。足球機器人系統(tǒng)主要由決策子系統(tǒng)、視覺子系統(tǒng)、運動控制子系統(tǒng)和無線通信子系統(tǒng)構成，視

2、覺子系統(tǒng)作為足球機器人感知外界的最重要途徑，其性能的好壞對機器人的整體性能有著重要影響。 論文通過分析RoboCup中型組足球機器人國內外研究現(xiàn)狀并學習相關的機器人技術，在機器人硬件平臺的構建和改進、機器人視覺系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)、場地線的提取和分類等方面作了一定的工作和貢獻。論文的具體工作說明如下： （1）作為主要參加人員，設計和實現(xiàn)了一套機器人硬件系統(tǒng)作為機器人研究的硬件平臺，并重點完成了全向反射鏡、反射鏡支架和帶球機構

3、等硬件的改進工作。該硬件系統(tǒng)采用了國際流行的全向視覺系統(tǒng)及全向運動機構。全向視覺系統(tǒng)可采集到機器人周圍360度方向的環(huán)境信息，提供了豐富、準確的視覺信息；全向運動機構可保障機器人在復雜的動態(tài)環(huán)境中自如、準確到達目標位置。通過多次實驗，分析了硬件結構不合理的地方，并對其進行了改進。為滿足分辨率不變的要求，重新選用了一款組合反射鏡面；為完善視覺建模，改變了前向鏡頭高度和傾斜度；為減少視覺圖像震蕩，重新設計安裝了反射鏡面支撐裝置；為增加帶球可

4、靠性，改進了帶球機構。這為檢驗相關算法理論的優(yōu)劣提供了一個更加良好的硬件平臺。 （2）基于本硬件平臺，采用多線程的思想，設計和實現(xiàn)了一套全向視覺和前向視覺協(xié)作處理的視覺系統(tǒng)。該全向視覺系統(tǒng)選用受光照明影響較小的YUV顏色空間，增加了視覺識別算法的穩(wěn)定性；采用基于顏色查找表技術的像素分類算法和游程長度編碼技術，大大減少了計算量，提高了視覺系統(tǒng)的響應速度；利用前后兩幀圖像內容變化不大的特點，改進了球等目標的識別算法，提高了目標識別的

5、速度和精度；使用多線程的編程思想，全向視覺和前向視覺各起一個線程，根據實際情況決定是否掛起或啟動前向視覺線程，彌補了全向視覺系統(tǒng)在硬件加工和安裝方面的缺陷，增強了視覺系統(tǒng)的魯棒性。 （3）對一種半徑掃描提取場地線的方法進行了改進，并研究了利用場地線進行機器人自定位的問題。機器人自定位問題是視覺系統(tǒng)研究的重要問題，隨著機器人足球比賽規(guī)則越來越接近現(xiàn)實世界，利用場地線進行的機器人自定位也變得舉足輕重。論文在分析研究現(xiàn)有場地線提取算法