足球机器人智能决策系统设计实现.doc

本文由liuchentc贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 维普资讯 第 卷 第 期 北 京 机 械 工 业 学 院 学 报 年 月 文 章 编 号 ： （ ） 足 球 机 器 人 智 能 决 策 系 统 设 计 实 现 南建 辉 ， 贾永 乐 （ 京机 械工 业学 院 北 计 算机 及 自动化系 北 京 ） 摘 要 ： 球 机 器 人 系统 为 人 工 智 能 特 别 是 多 智 能体 的研 究提 供 了一 个 标 足 准 的 试 验 平 台 。 系统 的 核 心 是 “ ” 决 策 系 统 ； 分 层 递 阶 决 策 的 基 础 上 ， 取 模 块 脑 即 在 采 化设 计 ； 细 介 绍 了决 策 系统 各 个 模 块 包括 视 觉模 块 、 策模 块 和 控 制 模 块 等 ， 提 详 决 并 出 了一 系列 新 的 实现 方 法 。 关 键 词 ： 球 机 器 人 ； 能 决 策 ； 块 足 智 模 文献 标识码 ： 中图 分 类 号 ： 机 器 人 足 球 比赛 兴 起 于 年 代 。 是 自动 化 及 机 器 人 领 域 最 具 有前 瞻性 的 研 究 之 一 。 足 它 球 机 器 人 系统 是 一 个 典 型 的 多智 能 体 系 统 和 分 布 式 人 工智 能 系 统 ， 及 机 器 人 学 、 算 机 视 觉 涉 计 和模 式 识 别 、 智 能体 系统 、 工 神 经 网络 等 领 域 。 而 且 它 为 人 工 智 能理 论 研 究 及 多 种 技 术 的 多 人 集 成应 用 提 供 了 良好 的实 验 平 台 【 。 】 由于 上 述 特 征 。 足球 机 器 人 研 究受 到 国 内外 广 泛 关 注 。 目前 比 较 有 影 响 的 足 球 机 器 人 比 赛 组 织 有 （ 器 人 足 球 世 界 杯 ） （ 机 和 。 ） 分别 由 日本和韩 国的学者发起 。 的 比赛。 目前分为 组 ： 真组 、 、 仿 组 组 和 有 腿 机 器 人 组 。 近 年 来 ， 于 足 球 机 器 人 的研 究 在 国 内发 展 较 快 ， 其 是 关 尤 组 的 器 人 组 ； 机 而 组 只 是 从 年 以来 才 开 始 普 及 ， 进 行 的 一 般 都 是 仿 真 组 的 比赛 关 且 有 实 际机 器 人 组 的 比赛 年 才 开 始 在 上 海 进 行 了 第 一 次 比赛 。 本 文 在 分 层 递 阶 控 制 系统 基 础 上 。 新 对 决 策 进 行 分 层 ； 且 在 具 体 实 现 过 程 中 实 的 重 并 现 了程 序 模 块 化 。 加 了系 统 的 可 靠性 。 低 了 系 统 开 发 的 难 度 。 增 降 足 球 机 器 人 系 统 结 构 足球 机 器 人 系 统 是 一 个 相 当 复 杂 的 控 制 系 统 。 的 组 足 球 机 器 人 系 统 。 般 可 分 为 部 分 。 觉 系 统 、 一 视 智能决 策系 统、 线通 讯 系统 和机 器 人 无 小 车 系 统 ? 引 图 所 示 。 ? 如 从 控 制 的 角 度 看 （ 图 。 觉 系 如 ）视 统 可 以看 作 整 个 系统 的输 入 反 馈 部 分 ； 图 足球 机器 人系统 收稿 日期 ： 作者简介 ： 建辉 （ 一） 男。 南 。 山西运 城人 北京 机搬 工 业学院 计算机 及 自动化 系硕士研 究生。 主要从 事智 能 控制 在 自动化 中的应 用方 面的 研究 。 维普资讯 第 期 南 建 辉 等 ： 球 机 器 人 智 能 决 策 系 统 设 计 实 现 足 机 器 人 是 整 个 系 统 的 “ 行 机 构 ” 智 能 决 策 控 制 系统 就 是 足 球 机 器 人 系统 的控 制 器 部 分 ； 以 执 ； 可 看 出 决 策 部 分 是 控 制 系 统 的决 定 因 素 。 智 能 决 策 系统 智 能 决 策 控 制 系 统 结 构 如 图 所 示 ， 能 决 策 控 制 智 系统 可 分 成 部 分 ， 觉 模 块 ， 视 决 策 模 块 和 控 制 模 块 ， 控 制 模 块 而 又可 以分 为 路 径 规 划 模 块 和 无 线 通 讯模 块 。 视 觉 模 块 从 视 觉 系统 中 得 到 图 智能决策控制系统结构图 原 始 数据 ， 括 两 队 机 器 人 和 球 的 位 置 坐 标 ， 向角 ， 度 以 及 各 种 状 态数 据 等 ； 始 数 据 经 过 包 朝 速 原 卡 尔 曼滤 波 之 后 ， 线 性 预 测 法 预 测 下 一 步 机 器 人 、 的 位 置 ， 度 等 ； 波 后 的 数 据 和 预 测 的 用 球 速 滤 数 据 作 为决 策 模 块 的输 入 ， 过 分 析这 些 数 据 ， 断 场 上 状 态 ， 而 决 定 各 个 机 器 人 的 动 作 、 通 判 进 目 标 点 及速 度 等 。 路 径 规 划 模 块 根 据 决 策 系统 做 出的 判 断 ， 划 路 径 ， 算 各 个 机 器 人 的期 望 速 规 计 度 ， 后 由 无 线通 讯 模 块 通 过 通 讯 系 统 传 递 给 场 上 机 器 人 。 最 视 觉 模 块 由于 足 球 机 器 人 系 统 实 时性 要 求较 高 ， 求 图 像 辨 识 速 度 达 到 每 秒 要 帧 以 上 。 别 是 由 特 于 比赛 场 地 灯 光 不 均 匀 ， 以误 辨 识 和 噪声 不 可 避 免 。 例 如 于 误 辨 识 引 起 辨 识 出来 的 机 器 所 由 人的数据发生 位置跳变等 。 为 了更 好 地 控 制 机 器 人 ， 用 扩 展 滤 波 法 ? 进 行 滤 波 ， 滤 波 采 】 法 如 下 。问 题 可 以 归 结 为 ： 已知 观 测 向量 ， ， 求 均 方 意 义 下 的 最 优 估 计 ， ， ， 的 系 统方程和观测 向量的观测方程 式可以表示为 ： ： （ ， 一 ） ” （） （ ， ） （ ， 是 第 步 时 的 观 测 值 ， 是 步 时 的 输入 ， 和 是 期 望 为 的高 斯 白噪 声 ， 协 方 差 “ 叫 其 分 别 为 和 。 在 下 面 的讨 论 中 二 表 示 的 状 态估 计 值 。扩 展 滤 波 法 具 体 操 作起来分为两 步进行 ： 根 据 系 统 动 态 模 型更 新 状 态估 计 值 及其 协方 差 （ 一 ， “ ， ） 一 一 （） 一 一 二 是 的 协 方 差 ， 和 是 第 步 厂（ ） 于 状 态估 计 及 噪 声 序 列 叫的 雅 可 比行 列 式 。 ?关 （ ） 一（ （ ， ） ） （） 把 实 际 系 统 的 观 测值 复 合 到 状 态 估 计 中 （ 一 ） 是 第 步 （ ） 于 状 态观 测 和 噪声 序 列 的 雅 可 比行 列 式 。 ?关 维普资讯 北 京 机 械 工 业 学 院 学 报 第 卷 通 过 设 置 不 同 的 状 态 变 量 。 以分 别 用 上 述 公 式 对 有 关 机 器 人 和 球 的 数 据 分 别 进 行 滤 波 可 估计 。数 据 进 行 滤 波 后 。 单 地 用 线 性 预 测 法 预 测 下 一 帧 机 器 人 和 球 的 位 置 信 息 和 速 度 信 息 简 等。 决 策 模 块 决 策 模 块 完 成 文 献 层 结 构 决 策 中 协 调 层 和 运 动 规 划 层 的 任 务 。决 策 模 块 根 据 场 上 形 势 （ 球 方 。 分 等 ） 取 不 同 的 控 比 采 模 式 。 攻 模 式 还 是 防 守 模 式 。 且 根 据 模 进 并 式采 取 不 同 的 阵 形 。 后 动 态 分 配 角 色 。 然 前 锋 、 卫 、 门 员 分 别 采 取 不 同 的 控 制 策 后 守 略 。通 用 的 机 器 人 控 制 流 程 图 可 以 简单 描 述 如图 所 示 。 控 制 模 块 图 机器人选择动作流程图 控 制 模 块 包 括 个 子 模 块 。 径 规划 和 无 线 通 讯 。 路径 规划 根 据 决 策 模 块 的输 出 。 划 机 路 规 器 人动 作 的路 径 。 无 线 通 讯 模 块 在路 径 规 划 完 毕 后 。 每 个 机 器 人 的 期 望 速 度 通 过 无 线 通 讯 将 系统传 给 场 上 机 器 人 。 路 径 规 划 模块 路 径 规 划 模 块 属 于 基 本 动 作 层 的 内容 【 。 全 的 路径 规 划 控 制 【 图 所 示 。 径 规 划 完 ? 如 路 器 根据 视 觉 模 块 的 预 测 数 据 以及 决 策模 块 提 供 的 期 望 的位 置 和 速 度 。 机 器 人 的 路 径 进 行 规 对 划。 图 （） 目标 为 （ 。 ） 的路 径规划 图 。 （） 虑 避障 时的调 整 。 时 ；考 已知 初 始 位 置 （ 。 ） 。 以及 目标 位置 （ 。 。 。 。 根 据 下 列 公 式 计 算 个 机 器 人 。 ， ）可 轮 子速 度 。 （ （ ） 口 号 ） 一 （ ， ） （。 ） （ 。 ） （ ） （ ） ， （） （ ） 是 机 器 人 到 目标 点 （ ， ） 。 。 的方 向 。 是 机 器 人 的方 向 。 是 期 望 的 速 度 ， 是 到 目 维普资讯 第 期 南 建辉 等 ： 球 机器 人 智能决 策 系统 设 计 实现 足 标 点 的距 离 ， 是 清 除参 数 ， 和 是 控 制 机 器 人 运 动 方 向 的 中 间 变 量 ， 机 器 人 绕 到 ， 当 时 这 个 参 数 保 持 机 器 人 到 目标 点 的距 离 为 见 图 。 ， （ ） 当规划 的路径前面有障碍物时 ， 应该考虑避 障 ； 障算法 集 成在 运动 控制 中， 避 通过 基 于路 径 上 突然 出 现 的 障 碍 物 来 调 整 目标 的方 向 。这 种 调 节 如 图 （ ） 示 。 所 如果 目标的方 向太靠近障碍物 。方 向的调节是 通过预置 的障碍物的清除参 数的切线。 由 于运 动 控 制 算 法 是 连 续 运 行 ， 障 分 析 一 直 不 断 地 重 新 规 划 无 障 路 径 。 避 无线通讯模块 无线 通 讯 模 块 主 要 的任 务 是 把 期 望 的 机 器 人 速 度 通 过 的 口传 送 给 无 线 电发 射 板 。最 主要 的 问 题 就 是 选 择 串 口还 是 并 口通 讯 ， 于 以 下几 个 原 因 ， 们选 择 了 串 口 ： 基 我 现 在 所 用操 作 系统 是 ， 果 用 并 口， 须 写 相 应 的 驱 动 程 序 ， 加 了开 发 的难 度 。 如 必 增 串 口开 发 起 来 比并 口更 容 易 ， 单 直 接 。 可 以 直 接 使 用 系 统 提 供 的 简 函 数 ， 可 以使 用 也 一 些 由别 人 免 费 提 供 的 串 口类 【 。 】 至 于通 讯 速 率 ， 机 提 供 的 串 口速 率 完 全可 以满 足 足 球 机 器 人 系统 的 实 时 性 要 求 。 总结 多 智 能 体 的研 究是 现在 人工 智能 科学 研 究 的 一 个 热 点 ， 组 织 虽 然 没 有 明确 提 出 在 组 必 须 采 用 分 布 式 控 制 ， 为 了 更 好 地研 究 多 智 能 体 ， 用 集 中视 觉 分 布 式 控 制 也 就 但 采 成 了趋 势 所 在 ， 原 本 驻 留在 主 机 上 的 决 策 系 统 下 载 到 车 载 单 片 机 中 。这 就 对 机 器 人 小 车 的 即 软 硬 件 配置 提 出 了更 高 的要 求 ， 是 我 们 正 在 研 究 的方 向 。 也 参考 文献 ： 【 】 ， ， ， 一 ： 一 ， （ ） ： 陈 鑫 ， 吴 敏 ， 车 迅 球 机 器 人 决 策 子 系 统 设 计 与 分 析 】 计 算 技 术 与 自 动 化 。 足 ， （ ） ： ： 。 ， ， 。 ： 一 ： 。 ， ， ， ， ， 。 ， 。 ， ， ： ， （ 转 下 页 ） 维普资讯 第 期 黄一 兵 ： 算 最短 路径树 算 法 的改进 计 参 考 文 献 ， 圈论 网络 流 京