仿人机器人视觉系统及射门运动规划系统研究

论文摘要

仿人机器人做为机器人领域的一个重要分支,近年来逐渐成为机器人研究领域的新宠,而当前仿人机器人的一个热点应用就是机器人足球比赛,它是一套人工智能、机器学习、通讯,自动化等许多领域的研究成果和技术的集成品,所以机器人足球比赛也从另一个角度展示了一个国家在计算机及控制领域的技术水平的高低。随着全世界的仿人机器人的热潮,各国也都相继研发出了一些比较成功的仿人机器人,日本本田的P2双足类人机器人、加强版的P3和ASIMO机器人,日本索尼公司的新型娱乐型仿人机器人SDR-3X、BIP2000仿人机器人,美国密歇根大学的Rabbit,德国慕尼黑工业大学仿人机器人Johnnie,日本东京大学的双足机器人H7、美国MIT研制的SpringFlamingo和英国Stirling大学推出的RunBot也都是非常成功的仿人机器人。国内比较优秀的仿人机器人例如清华大学的双足仿人机器人THBIP-I,哈工大计算机系的多智能体机器人中心研制的仿人机器人HIT-I,HIT-II和HIT-III,国防科大的仿人机器人KDW-I、KDW-II和KDW-III,北京理工大学的仿人机器人BHR-01。本文将以MiniRobot与哈工大合作的MF-ROBOT（Metal-Fighter）为硬件基础,开发适用于点球大赛的双足仿人机器人视觉及运动规划系统,使得MF-ROBOT可以在无人为干预的情况下,遵循大赛规则,完成点球大赛。视觉系统做为MF-ROBOT的眼睛对整个足球比赛起着至关重要的作用,通过视觉系统MF-ROBOT可以分辨球、球门、队友、敌方,视觉系统得出的结果送入运动规划系统生成动作指令来控制MF-ROBOT的动作完成足球比赛。视觉系统主要通过摄像头标定,色彩空间选择,颜色直方图构建,图像滤波算法,图像分割算法,目标物体分类算法,物体定位算法这几个算法过程进行目标物体识别。射门运动规划系统是MF-ROBOT完成点球大战的另一个核心系统,整个系统会为MF-ROBOT设计开始、寻找球、靠近球、调整射门角度、踢球、完成比赛这几个限定状态,每个状态内部都是由复杂的策略动作所构成。MF-ROBOT视觉系统部分采集数据并计算结果结合自身当前状态,送入射门运动规划系统进行分析,来判断下一步MF-ROBOT所需要完成的动作和进入的状态。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究目的
• 1.2 仿人机器人国内外研究现状和成果
• 1.2.1 仿人机器人国外的研究现状和成果
• 1.2.2 仿人机器人国内的研究现状和成果
• 1.3 课题来源
• 1.4 本文主要研究内容及结构
• 第2章 MF-ROBOT 的硬件及软件体系结构
• 2.1 MF-ROBOT 硬件体系结构
• 2.1.1 硬件系统总框图
• 2.1.2 硬件系统骨架图
• 2.2 MF-ROBOT 软件体系结构
• 2.2.1 软件系统总框图
• 2.2.2 Robo Basic 组成
• 2.2.3 Robo Basic 使用方法
• 2.3 本章小结
• 第3章 MF-ROBOT 视觉系统设计与实现
• 3.1 摄像头标定
• 3.2 色彩空间选定
• 3.3 HSV 色彩空间下的分割算法
• 3.3.1 预处理
• 3.3.2 分割图像
• 3.3.3 目标物体定位
• 3.4 本章小结
• 第4章 射门运动规划系统
• 4.1 射门的基本要求
• 4.2 射门员的状态转换过程
• 4.3 射门员智能策略算法
• 4.3.1 寻球策略
• 4.3.2 靠近球策略
• 4.3.3 寻门策略
• 4.3.4 射门角调整策略
• 4.3.5 射门前的步态调整策略
• 4.4 本章小结
• 第5章 MF-ROBOT 点球比赛实验
• 5.1 视觉系统测试
• 5.1.1 颜色分割测试
• 5.1.2 目标物体分类测试
• 5.1.3 目标物体定位测试
• 5.2 射门运动规划系统测试
• 5.2.1 寻球测试
• 5.2.2 靠近球测试
• 5.2.3 射门角度调整测试
• 5.2.4 射门前的步态调整测试
• 5.2.5 点球比赛射门运动规划系统测试
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢