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1、论 文 评 定 指导老师意见 成绩 足球机器人系统作为多智能体技术分布式人工智能技术研究开发和竞赛 的公共实验平台正在得到国内外智能科学技术研究领域的广泛关注本文研究 的足球机器人运动参数分析和基本动作改进是足球机器人系统中基本动作设计 的关键环节是多智能体实现相互协作的基础选题具有重要的理论意义和应用 价值论文所完成的主要工作包括如下几个方面 1. 通过转角动作函数的速度参数分析与优化提高了足球机器人转角动作的 精度和稳定性 2. 基于运动参数的分析改进了原来的跑位动作实现了机器人走圆弧轨迹 的功能使策略对跑位动作的预测能力得到提高 3. 利用全方位视觉系统的实时反馈实现了通过中间点控制机器
2、人运动轨迹 的方法克服了跑位这一最基本动作难以预测和规划的问题通过对跑位函数的 改进可以更好地避免碰撞控制基本动作的执行时间实施比较复杂的防守和 进攻策略 本文通过大量的仿真实验对比实验和实际比赛验证了所设计方法的有效 性在实际的机器人足球比赛中改善了基本动作的执行效率达到了更好地控 制机器人运动轨迹的目的 论文写作规范方案设计合理原理叙述清晰公式推导正确实验数据详 实可靠体现出作者掌握了本学科领域的基本理论基础知识和基本技能具备 了从事科学实验和研究的基本能力完成了一篇优秀的毕业论文 指导老师 年 月 日 北京大学本科生毕业设计论文北京大学本科生毕业设计论文 基于全局视觉的足球机器人运动 参
3、数分析和基本动作改进 毕 业 生余泽 指导老师刘宏 查红彬 北京大学信息科学技术学院 2003 年 6 月 12 日 北京大学本科生毕业设计论文北京大学本科生毕业设计论文 基于全局视觉的足球机器人运动参数分析和基本动作改进 摘 要 随着机器人技术和人工智能技术的发展 如何让多个机器人相互协调 配合来共同完成 任务即实现多机器人合作系统已经成为新的研究热点作为多机器人合作系统的研究和 实验模型足球机器人系统是一个多学科交叉的前沿领域它涉及到机器人学智能控制技 术通信技术计算机技术传感器技术图像处理和人工智能等方向正在成为国内外许 多大学研究比赛和交流的公共实验平台 论文第一章首先简要的介绍了世界
4、上两大机器人足球比赛RoboCup 和 FIRA然后 分别介绍了足球机器人系统的四个子系统 第二章较为详细的论述了策略子系统与动作设计 问题在介绍了策略子系统的任务特点和推理模型后提出了策略子系统的结构在论述 动作设计在整个策略系统中的重要地位的基础上介绍了基本动作是如何生成的,并给出了 策略系统中需要改进的两个基本动作函数 第三章是本论文的重点 基于对足球机器人运动 参数的分析通过实验的方法确定了转角函数(Angle)中速度参数 Ka 的值针对原来的跑 位(Position)函数轨迹不够平滑并且难以预测和规划等缺点改进成有平滑圆弧轨迹的走圆 弧(RunArc)函数并通过实时的全局视觉反馈达到
5、既能控制机器人的运动轨迹又能精确 地达到指定位置和姿态的目的 最后 通过大量的实验对比和实际比赛验证了上述改进的有 效性 关键词 足球机器人运动分析动作设计全局视觉 i 北京大学本科生毕业设计论文北京大学本科生毕业设计论文 基于全局视觉的足球机器人运动参数分析和基本动作改进 Global Vision based Motion Parameters Analysis and Basic Actions Improvement for Robot Soccer Systems Abstract With the development of robotics and artificial int
6、elligence, scientists were often faced with issues on cooperation and coordination among different robots in a workspace. This has led to the developments in multi-robot cooperative systems MRCS . As a research model of MRCS, soccer robot is an interdisciplinary area that involves the knowledge of r
7、obotics, intelligence control, wireless communication, computer science, sensor technology, image processing, artificial intelligence, and so on. It has become a public experimental platform for universities all over the world to communicate with each other. The first chapter of the paper introduces
8、 robot soccer games and the four subsystems of soccer robot systems. In the following chapter, the strategy system and the control scheme of robot soccer system is discussed in detail. Following the discussion of the importance of action designing, the mechanism of basic behavior generation is intro
9、duced and the codes of the two original basic behavior functions, which need improving, are shown. The last chapter is the focus of the whole paper. Based on analysis of motion parameters, the velocity parameter Ka of the Angle function is tuned through experiments to get the best results; To overco
10、me the disadvantages of the former Position function, a RunArc function is developed, which can control the robot to run a smooth arc path to a destination; At last, the method of controlling the robot to run to the target by different trajectories is successfully realized, using the feedback inform
11、ation of the global vision subsystem. Key words Soccer robot, Motion analysis, Action design, Global vision ii 北京大学本科生毕业设计论文北京大学本科生毕业设计论文 基于全局视觉的足球机器人运动参数分析和基本动作改进 目 录 摘 要i Abstract. ii 目 录. iii 第一章 概述.1 1.1 机器人足球比赛简介1 1.1.1 RoboCup 和 FIRA.2 1.1.2 RoboCup 仿真组比赛 .3 1.1.3 FIRA 微型机器人足球赛(MIROSOT).5 1.2
12、微型机器人足球系统的组成5 1.2.1 全局视觉子系统.6 1.2.2 主机和策略子系统.8 1.2.3 机器人车体子系统.9 1.2.4 通讯子系统.10 1.3 小结11 第二章 策略子系统与动作设计.12 2.1 策略子系统的任务特点和推理模型.12 2.2 策略子系统的结构13 2.2.1 角色分配.13 2.2.2 动作设计.17 2.3 基本动作设计18 2.3.1 运动学模型.18 2.3.2 基本动作的生成.19 2.3.3 基本动作函数.19 第三章 运动参数的分析和基本动作函数的改进.22 3.1 转角Angle函数中的 Ka 参数估计 .22 3.1.1 转角(Angle
13、)动作的模型 23 3.1.2 速度参数 Ka 的估计和数据分析24 3.2 跑位Position函数的改进.28 3.2.1 原有 Position 函数的缺点28 3.2.2 机器人走圆弧的条件.29 3.2.3 实验数据和分析30 3.3 跑位动作的中间点轨迹控制方法34 3.3.1 轨迹圆弧的计算.35 3.3.2 轨迹圆弧的控制.36 3.3.3 实验数据和分析.37 第四章 总结和展望.43 参考文献44 致谢 45 iii 北京大学本科生毕业设计论文北京大学本科生毕业设计论文 基于全局视觉的足球机器人运动参数分析和基本动作改进 第一章 概述 1.1 机器人足球比赛简介 机器人足球
14、比赛是一个多智能体系统的典型问题 多智能体系统就是一个分布式人工智 能系统1这种系统要完成的任务是由各智能体协同完成的在这里一个智能体是指能 独立地进行决策和知识处理的系统 在人工智能的发展道路上曾出现过计算机象棋 它是用计算机和人类进行象棋比赛 并 作为博弈的典型问题 在人工智能领域发展了搜索与产生式理论 成为发展人工智能的第一 个里程碑经过漫长的 50 年后IBM 公司的“深蓝”计算机终于打败了世界象棋冠军卡斯帕 罗夫 它给人类展示了计算机专家系统可以击败人类天才的可能性 但是我们看到计算机象 棋只是反映人类社会的一个侧面即它是在静态环境下一个单智能体对另一个单智能体 以非实时方式进行的知
15、识处理问题而人类社会发生的绝大部分问题是在复杂的动态环境 下一群多智能体对另一群多智能体以实时方式进行的知识处理问题多智能体系统要解 决的问题就是分散存在的多智能体在复杂动态环境下 通过相互通信和协调 以实时方式进 行的知识处理问题因此可以说多智能体系统是发展人工智能的一个新的突破它将过去 封闭和孤立的知识系统发展成为开放 分布的知识系统 使人工智能从狭小的低谷腾飞而出 面向更多的实际应用领域 过去既然能通过计算机象棋这个典型问题来推动搜索和产生式理 论那么现在能否找到另一种典型问题来推动多智能体系统的发展呢?答案是肯定的那就 是机器人足球比赛 这是因为在机器人足球比赛中不但包含着多智能体系统
16、要研究的全部内 容而且其中所包含的动态环境与实时性要求比一般系统更为苛刻 机器人足球比赛的设想首先由加拿大不列颠哥伦比亚大学的 Alan Mackworth 教授在 1992 年的报告On Seeing Robots中提出的2举办机器人足球比赛的目的在于通过提 供一个标准任务促使研究人员利用各种技术获得更好的解决方案从而有效的促进相关 科研领域的发展它不仅需要人工智能技术中的视觉决策等技术而且还需要和其它学科 技术如无线电通信智能控制机电一体化等关键技术集成为一体才能战胜对方3 因此凡参加机器人世界杯足球比赛的球队都是自己国家的科研实力进行比赛的所以可以 说机器人足球比赛是衡量各国综合技术实力的一个小平台上的“技术战争”机器人足球比 赛所包含的关键技术有计算机视觉技术 无线电通信技术 机电一体化技术 智能控制技术 仿真技术软硬件集成技术人工生命学人机接口技术如图 1-1 所示 机器人足球比赛 的关键技术 人
