RoboCup中型组机器人攻防决策研究

论文摘要

随着机器人越来越广泛的应用,足球机器人的研究在近几年得到了快速发展。足球机器人系统融合了视觉处理、无线通讯、多机器人协作等多个领域的技术;决策系统是机器人系统中的核心部分,它包含了逻辑推理、实时规划、机器学习等多学科知识。本文以RoboCup中型组足球机器人作为研究对象,主要对机器人的进攻和防守决策系统作了系统地分析和研究。主攻决策系统借鉴规划的概念模型设计了分层任务网络决策体系,将任务分解为多个子任务,采用SHORE C 2模型对子任务进行确定;分层任务决策作为机器人个体的主干决策,与其它如路径规划、角色分配等决策系统形成分离耦合式决策,提高了决策效率;而且能方便地在分层网络的任意层产生子任务,具有良好移植性。中型组守门员多是从单一的几何算法角度上考虑守门员的防守策略,在实际比赛中,场上形势变化快,足球运动轨迹和状态不规则,单一的防守策略较难适应场上变化。利用动态策略的守门员防守决策将场地分区,根据各个区的特点将场地区域划分不同的危险等级而分别决策的动态防守策略,并在防守过程中加入“返回球门”状态,以保证在比赛中守门员能守在自己球门附近,不至于产生空门状态。角色分配系统采用了基于最优化和简化的模糊控制模型,选取机器人超调参数利用Frank-Wolfe算法进行最优化计算以及确定影响机器人获取球的时间因素和各影响因子的权值后采用简化的模糊控制模型进行角色分配;在设计中引入了角色跟随系统和角色分配辅助系统,采用广播应答式设计和角色跟随误差判断设定角色分配启动条件,减少了错误分配和解决了角色冲突等问题。主攻和守门员决策系统中均采用了BP神经网络对球进行预测,主攻在进攻过程中可以根据球的预测结果提前跑位获取球,而守门员则根据球的运动轨迹和预测结果进行预防守,在实际比赛中提高了进攻和防守的准确率。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 机器人足球研究的背景和意义
• 1.1.1 机器人足球研究的背景
• 1.1.2 机器人足球研究的意义
• 1.2 决策系统的研究现状及前景
• 1.3 本论文的主要工作及结构
• 第二章 ROBOCUP 足球机器人比赛介绍
• 2.1 RoboCup 中型组足球比赛
• 2.2 机器人系统构成
• 2.2.1 硬件系统
• 2.2.2 软件系统
• 2.3 本章小结
• 第三章 机器人决策规划系统模型
• 3.1 机器人决策规划模型
• 3.1.1 规划的概念模型
• 3.1.2 决策规划模型
• 3.2 主攻决策模型
• 3.2.1 主攻决策分层网络设计
• 3.2.2 主攻决策流程
• 3.3 守门员决策模型
• 3.3.1 场地划分
• 3.3.2 区域策略
• 3.4 角色分配模型
• 3.4.1 场上形势分析
• 3.4.2 角色分配设计
• 3.4.3 角色分配中角色冲突的解决
• 3.4.4 角色分配辅助系统
• 3.5 本章小结
• 第四章 角色分配和球状态预测算法
• 4.1 角色分配算法
• 4.1.1 主要影响因子算法
• 4.1.2 简化的模糊控制模型
• 4.1.3 角色跟随反馈系统
• 4.2 主攻子任务确定算法
• 4.3 BP 神经网络对球状态的预测算法
• 4.4 本章小结
• 第五章 仿真与实验
• 5.1 角色分配仿真与实验
• 5.1.1 角色跟随反馈仿真
• 5.1.2 角色分配场地实验
• 5.2 守门员仿真与实验
• 5.2.1 守门员仿真
• 5.2.2 守门员实地实验
• 5.3 球位置预测仿真
• 5.4 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录（攻读硕士学位期间发表论文目录）
• 详细摘要