基于博弈论的足球机器人对抗策略与协调合作

论文摘要

足球机器人的研究是个多学科交叉的研究领域,它涵盖了机器人学、数据融合、智能控制、图像处理、通信和机电一体化等科技领域,并且已成为研究多智能体和人工智能的理想实验平台。机器人比赛时,如何在复杂多变的动态环境下选择合适的策略及多机器人之间的协调合作都是足球机器人决策系统的关键。本文正是从足球机器人决策系统的两个关键问题出发,根据决策系统对智能性和准确性的要求,结合博弈论算法研究了足球机器人决策系统的对抗策略选择和多机器人之间的协调与合作。本文依托西安科技大学学科群机器人实验室平台,对足球机器人决策系统和博弈论算法进行分析和研究。从机器人对抗的角度出发,提出了一种基于不完全信息博弈的机器人对抗决策方法。其次,从机器人合作的角度出发,探讨了联盟博弈应用于多机器人之间协调与合作的问题,并对两种博弈模型进行了分析和求解。通过仿真结果可以看出:基于不完全信息博弈的机器人对抗策略方法可以大大缩小机器人策略选择的范围;联盟博弈理论在多机器人合作中的应用可以使得机器人角色随着赛场态势的转变而动态变化。针对我们的四轮机器人持球不稳的问题,对足球机器人的硬件——持球装置进行了改进,在足球机器人全景摄像头的下方增加了以两个功率为12W的直流电机为核心的辅助装置,从而提高了机器人持球的稳定性,增加了比赛获胜的机率。最后,在实际的足球机器人系统实验平台上,实践证明了论文的研究方法对于球队整体竞技水平的提高有明显的帮助,并改善了机器人的持球机率和机器人之间相互配合的协调性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 足球机器人的研究背景
• 1.2 足球机器人的研究意义
• 1.3 足球机器人的国内外研究现状
• 1.3.1 足球机器人在国外发展历史及研究现状
• 1.3.2 足球机器人在国内发展历史及研究现状
• 1.4 论文的主要研究内容与章节安排
• 2 Robocup 足球机器人平台与决策系统分析
• 2.1 Robocup 中型组足球机器人整体架构
• 2.2 Robocup 中型组足球机器人硬件组成
• 2.2.1 全景摄像视觉子系统
• 2.2.2 通信子系统
• 2.2.3 决策子系统
• 2.2.4 运动控制子系统
• 2.2.5 其他辅助装置
• 2.3 Robocup 中型组足球机器人软件平台
• 2.3.1 软件平台核心
• 2.3.2 仿真平台
• 2.3.3 视觉平台
• 2.3.4 监控平台
• 2.4 Robocup 中型组足球机器人比赛
• 2.5 Robocup 中型组足球机器人决策系统分析
• 2.6 本章小结
• 3 四轮足球机器人持球装置的改进
• 3.1 足球机器人持球装置分析
• 3.2 四轮足球机器人持球装置分析
• 3.3 四轮足球机器人持球装置改进
• 3.4 本章小结
• 4 博弈论算法分析研究
• 4.1 博弈论概述
• 4.1.1 博弈论发展
• 4.1.2 博弈论的基本原理和分类
• 4.1.3 博弈论的核心——纳什均衡
• 4.2 博弈算法演化及在足球机器人决策中的应用分析
• 4.3 典型的博弈理论
• 4.3.1 不完全信息博弈理论
• 4.3.2 联盟博弈
• 4.4 本章小结
• 5 不完全信息博弈的足球机器人对抗策略选择
• 5.1 足球机器人对抗策略
• 5.1.1 足球机器人对抗策略问题描述
• 5.1.2 基于不完全信息博弈机器人对抗决策选择方法
• 5.2 不完全信息机器人对抗博弈模型建立
• 5.2.1 不完全信息机器人对抗博弈模型
• 5.2.2 实际类型概率推断
• 5.3 不完全信息足球机器人博弈模型的转换
• 5.4 足球机器人博弈树求解
• 5.5 两种决策方式比较及仿真分析
• 5.5.1 两种决策方式的比较
• 5.5.2 仿真分析
• 5.6 本章小结
• 6 联盟博弈论应用于多机器人协调合作
• 6.1 多机器人系统与合作
• 6.1.1 多机器人系统
• 6.1.2 多机器人之间的协调与合作
• 6.2 基于联盟博弈的足球机器人协调合作
• 6.2.1 足球机器人角色分配
• 6.2.2 基于联盟博弈的足球机器人角色分配模型建立
• 6.2.3 基于联盟博弈的足球机器人角色分配算法步骤与流程
• 6.3 仿真结果与分析
• 6.4 足球机器人实验及分析
• 6.4.1 实验平台和实验环境
• 6.4.2 调试过程
• 6.4.3 实验结果与分析
• 6.5 本章小结
• 7 结论
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录