面向机器人足球系统的多机器人协作与Petri网建模

论文摘要

在多机器人系统的研究中,多移动机器人系统的协调合作始终是一个热点,也是该领域中一个基础性的研究方向。机器人足球系统是典型的多机器人协作系统,是研究多机器人协作问题的标准平台。本文以基于全局视觉的足球机器人系统为实验平台,对多机器人协作问题进行了研究。首先,研究了足球机器人系统中的多机器人体系结构问题,在参考已有的决策推理模型基础上,提出了合作层、协调层、动作层三层体系结构。该结构将决策过程分解为策略及队形选择、角色分配和动作选择等具体问题。在动作层中,分析了足球机器人运动模型,设计并实现了动作层中的各类动作,为下面工作的开展作了准备。其次,对足球机器人合作层进行了设计,包括信息预处理、态势分析、策略和队形的选择机制,建立了相应的Petri网模型,并运用理论和仿真工具分析了该模型的各种特性。由于本系统中采用固定守门员的方案,所以单独设计了守门员的防守策略,建立了守门员策略选择的Petri网模型,通过理论分析和仿真实验验证了其正确性和合理性。最后,在足球机器人协调层中,提出了基于动态参考点的角色评估函数的角色分配方法,并运用优度评价方法解决同类角色间潜在的局部冲突,仿真实验证明该方法简单并且决策速度快,使任务分配更加明确。在此基础上以进攻队形为例建立了任务分配的Petri网模型,并分析了该模型的特性。在本章最后,给出了本系统的程序框架,并对实验效果进行了分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究背景及意义
• 1.2.1 研究背景
• 1.2.2 研究意义
• 1.3 多机器人系统研究综述
• 1.4 本文的主要工作和结构
• 2 多机器人协作与Petri网原理
• 2.1 多机器人协作
• 2.1.1 多机器人协作的概念
• 2.1.2 多机器人协作研究方法
• 2.1.3 多机器人协作模型
• 2.2 Petri网理论基础
• 2.2.1 Petri网的基本概念
• 2.2.2 Petri网的基本性能
• 2.2.3 Petri网的分析方法
• 2.3 本章小结
• 3.足球机器人系统总体设计及动作层实现
• 3.1 MsiroSot实验平台介绍
• 3.2 体系结构层次模型
• 3.3 动作层实现
• 3.3.1 运动模型
• 3.3.2 基本动作层
• 3.3.3 技术动作层
• 3.3.4 战术动作层
• 3.4 本章小结
• 4 足球机器人合作层及Petri网建模
• 4.1 信息预处理
• 4.2 态势分析及策略选择
• 4.2.1 态势分析
• 4.2.2 策略和队形的定义
• 4.2.3 策略选择
• 4.3 策略选择的Petri网模型
• 4.3.1 模型描述
• 4.3.2 Petri网分析及仿真
• 4.4 守门员策略选择
• 4.4.1 守门员动作
• 4.4.2 守门员的Petri网建模
• 4.4.3 守门员Petri网分析
• 4.5 本章小结
• 5 足球机器人协调层及Petri网建模
• 5.1 角色分配
• 5.1.1 角色动态参考点选取
• 5.1.2 角色评估函数
• 5.1.3 角色分配算法
• 5.2 基于优度评价法的局部任务分配机制
• 5.2.1 优度评价法基本概念
• 5.2.2 模型建立
• 5.2.3 具体算法
• 5.2.4 实例分析
• 5.3 任务分配的Petri网建模
• 5.3.1 基于角色的任务分配方法
• 5.3.2 任务分配的Petri网建模
• 5.3.3 任务分配Petri网模型分析
• 5.4 仿真程序实现及实验结果分析
• 5.5 本章小结
• 6 总结和展望
• 6.1 总结
• 6.2 进一步工作
• 致谢
• 参考文献