Robocup中型机器人系统及多机器人协作研究

论文摘要

随着多机器人系统越来越广泛的应用，多机器人协作也受到了越来越多学者的关注，它是多机器人系统中一个关键部分，直接关系到系统完成任务的效率、成本和优劣。足球机器人系统是一个极富挑战性的研究平台，它融合了实时视觉处理、无线通讯、多机器人协作等多个领域的技术。机器人足球环境下的多机器人协作可以应用到很多领域中，具有重要的意义。本文以RoboCup中型机器人作为研究对象，分别从机器人自身系统和多机器人协作系统两个方面进行了研究，主要研究成果如下：首先，研究了中型机器人的软硬件体系结构问题，针对实时比赛的要求，提出了万向轮机构的设计方案，大大改进了传统两轮机器人结构，动作反应更加灵活，该机构能够很好的适应节奏越来越快的比赛；针对万向轮机构，设计了3节点的底层电机控制系统，它可以通过串口与上层笔记本电脑快速通讯，能够很好的实现实时工作要求；针对机器人射门时击球力量和速度的问题，设计了一套电机驱动的舌形弹簧射门机构，机械结构简单，占用空间体积小，控制电路简单，较好的满足了比赛中实时射门的要求。其次，研究了足球环境下的多机器人控制体系结构的问题，提出了协作规划层、协调规划层和行为控制层三层体系结构。在协作规划层中，通过对静态分区和动态分区策略的比较，设计了Robocup中型机器人组比较实用的基于本垒的静态分区策略；分析了多机器人的队形控制，针对不同的比赛情况设计了相应的队形，并运用Petri网建立了模型；在协调规划层中，分析了角色转换的原理，并建立了相应的Petri网模型；在行为控制层中，设计了机器人的基本动作、技术动作和战术动作，并给出了相应的程序实现。此外，还运用Petri网理论建立了传球模型、后卫模型、守门员模型和前锋射门模型。针对Petri网模型的冲突和死锁问题，分别提出了动态角色分配协议和可达标识图的解决方法，并进行了仿真验证。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 足球机器人研究历史及发展概况
• 1.3 多机器人系统
• 1.3.1 国内外研究状况
• 1.3.2 多机器人协调与协作
• 1.4 Petri网理论
• 1.4.1 传统Petri网
• 1.4.2 面向对象Petri网（OPN）
• 1.5 研究内容、方法以及意义
• 1.5.1 本文的研究内容
• 1.5.2 研究方法及目的
• 1.5.3 研究意义
• 第2章 Robocup中型机器人系统
• 2.1 系统概述
• 2.2 系统构成
• 2.3 万向轮机构设计
• 2.3.1 万向控制装置
• 2.3.2 运动学关系式
• 2.3.3 典型实现
• 2.4 底层电机控制系统
• 2.4.1 控制模式
• 2.4.2 控制系统
• 2.5 射门机构设计
• 2.5.1 总体设计
• 2.5.2 工作原理
• 2.5.3 性能分析
• 2.6 本章小结
• 第3章 多机器人协调与协作模型
• 3.1 整体框架
• 3.2 协作规划层
• 3.2.1 策略分析
• 3.2.2 队形控制
• 3.2.3 基于Petri网的队形控制模型
• 3.3 协调规划层
• 3.3.1 角色转换
• 3.3.2 基于Petri网的角色转换模型
• 3.4 行为控制层
• 3.4.1 基本行为
• 3.4.2 技术行为
• 3.4.3 战术行为
• 3.4.4 基于Petri网的传球模型
• 3.4.5 基于Petri网的后卫模型
• 3.4.6 基于Petri网的守门员模型
• 3.4.7 基于Petri网的前锋射门模型
• 3.5 冲突消除和死锁分析
• 3.5.1 冲突消除
• 3.5.2 死锁分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 结论与展望
• 4.1 结论
• 4.2 进一步工作的方向
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果