全自主足球机器人的射门与守门算法研究

论文摘要

足球机器人系统是一类典型的移动机器人的对抗系统,具有实时性要求高、环境高度动态、不可预测性等特点,并将高科技研究和足球联系在一起,通过足球比赛来检验各种理论、方法和技术。本文以全自主足球机器人系统为平台,主要研究了目标的识别与定位和机器人射门与守门算法。视觉系统的目标识别与定位是全自主足球机器人系统的基础,它对机器人感知环境起着关键的作用。HIT-III型全自主机器人的视觉系统是由全维视觉系统和前向单目系统组成的双目异构视觉,两个视觉系统采用基于颜色信息的目标识别,可以独立的对目标进行识别和定位,最后利用卡尔曼滤波进行数据融合。本文把对全自主足球机器人的射门与守门算法的研究转化为对决策系统的研究。在足球机器人系统里,决策系统的任务是将视觉系统传来的场上的数据进行分析,对场上比赛形势做出判断,形成比赛策略,并通过角色的决策模型来规划机器人的运动,完成射门与守门任务。在设计决策系统时,采用了有穷自动机的理论,并构造了各角色的有穷状态机决策模型,每个状态都对应着一个算法,用来控制机器人运动,在状态进行转换时就完成了机器人的运动与相应任务。最后,经射门与守门实验表明,机器人运动轨迹平滑、实时性高,该决策算法可以应用在全自主足球机器人比赛中;并进一步验证了双目异构视觉系统的可行性和经过卡尔曼滤波算法融合后的定位信息的准确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 全自主足球机器人的发展概况
• 1.3 课题来源
• 1.4 本文主要研究内容及内容安排
• 第2章 全自主足球机器人的系统组成
• 2.1 硬件体系结构
• 2.1.1 主控计算机
• 2.1.2 视觉系统
• 2.1.3 运动机构
• 2.1.4 踢球器
• 2.2 软件系统设计
• 2.2.1 软件总体框图
• 2.2.2 目标识别
• 2.2.3 目标定位
• 2.2.4 行为决策
• 2.3 本章小结
• 第3章 基于传感器信息融合的目标定位算法
• 3.1 视觉系统的目标识别
• 3.1.1 图像预处理
• 3.1.2 基于颜色的目标识别
• 3.2 视觉系统的目标定位
• 3.2.1 基于全维视觉系统的目标定位算法
• 3.2.2 基于前向单目视觉的目标定位算法
• 3.3 基于传感器信息融合的目标定位算法
• 3.3.1 数据融合简介
• 3.3.2 基于卡尔曼滤波的数据融合算法
• 3.4 实验结果及误差分析
• 3.4.1 角度定位实验
• 3.4.2 距离定位实验
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于确定型有穷自动机的射门与守门算法
• 4.1 引言
• 4.2 确定型有穷自动机模型
• 4.2.1 有穷自动机
• 4.2.2 前锋的有穷自动机模型
• 4.2.3 守门员的有穷自动机模型
• 4.3 射门算法
• 4.3.1 找球算法
• 4.3.2 接近球算法
• 4.3.3 带球算法
• 4.4 守门算法
• 4.4.1 基于场地分区的固定点守门算法
• 4.4.2 守门员姿态校正算法
• 4.5 实验结果与分析
• 4.5.1 射门实验
• 4.5.2 守门实验
• 4.5.3 守门员姿态校正实验
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢
• 个人简历