全自主足球机器人运动控制系统的研究

摘要

机器人作为目前为止人类最伟大的发明之一，已经为人类的生产和生活做出了巨大的贡献。由于提高自动化水平的需要，人类对机器人的要求不断提升，对机器人的研究越来越重视，于是全自主机器人的研究和发展变得尤为迫切。近年来，全自主机器人足球比赛正如火如荼，作为典型的多机器人智能控制系统，全自主足球机器人平台已成为机器人领域和人工智能领域的研究热点。全自主足球机器人比赛系统可以作为一个综合性的学科来研究，它不仅涉及了通讯技术、机器视觉、计算机图形学、人工智能等领域，还融合了机器人学、机械电子学、传感器学、智能控制等学科技术。它为分布式人工智能的研究提供了一个标准和开放的平台，促进了多学科的融合和发展，具有很高的理论研究价值和实际应用价值。
　　 全自主足球机器人比赛环境充满着强对抗、多变化。要想赢得比赛，就需要机器人拥有一个运动性能好、可靠性高的运动控制系统。然而研究近年来的RoboCup中型组足球机器人比赛发现，全自主足球机器人运动控制系统普遍存在动作控制精度不高、稳定性不好、启动与制动时间过长等问题。运动控制系统控制质量的高低直接决定了整个全自主足球机器人系统的控制效果的好坏，也决定了足球机器人能否在比赛中取得理想成绩，可以说，运动控制是整个全自主足球机器人控制的关键。本文正是基于这一思想和要求，对全自主足球机器人运动控制系统做了深入研究。主要研究内容如下:
　　 (1)全自主足球机器人电动机调速控制。
　　 介绍了全自主足球机器人运动控制系统中直流电动机调速部分的组成模块。详细阐述了大脑情感学习算法的控制原理以及大脑情感学习控制器的设计过程，重点说明了基于大脑情感学习的直流电动机调速控制系统的仿真模型建立过程和工作原理，以及基于Matlab/Simulink的仿真对比分析。
　　 (2)全自主足球机器人运动控制系统解耦控制。
　　 简要阐述了全自主足球机器人运动控制系统解耦控制的必要性和可行性。提出了一种基于参考模型的全自主足球机器人运动控制系统解耦控制方法，建立了足球机器人运动控制系统解耦控制的模型，并以数学方法论证了其解耦控制原理与可行性。分别在Matlab/Simulink环境下和中型组硬件平台上进行了仿真实验和实际性能测试，实验结果表明本方法完全能够满足机器人比赛的要求。
　　 最后对全文进行了总结，介绍了研究成果，对于课题研究中的出现的不足和需要改进之处提出了展望。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 课题的研究背景及意义

1．3 国内外相关的研究现状和发展趋势

1．4 本文的主要研究内容与章节安排

1．4．1 主要研究内容

1．4．2 章节安排

第二章 RoboCup中型组机器人足球比赛系统简介

2．1 引言

2．2 中型组机器人足球比赛系统的组成和工作原理

2．3 全自主足球机器人运动控制子系统简介

2．3．1 全自主足球机器人运动控制系统组成

2．3．2 全自主足球机器人运动控制系统硬件设计简介

2．3．3 全自主足球机器人运动控制系统软件设计简介

2．4 本章小结

第三章 基于大脑情感学习的直流电动机调速控制

3．1 引言

3．2 直流电动机调速控制系统简介

3．3 基于大脑情感学习的直流电动机调速控制算法设计

3．3．1 大脑情感学习算法

3．3．2 基于大脑情感学习的直流电动机调速控制算法参数整定

3．3．3 基于大脑情感学习的直流电动机调速控制算法流程

3．4 仿真实验与结果分析

3．5 本章小结

第四章 全自主足球机器人运动控制系统解耦控制

4．1 引言

4．2 全自主足球机器人轮系分布

4．3 基于参考模型的全自主足球机器人解耦控制系统设计

4．3．1 基于参考模型的运动控制系统解耦控制原理

4．3．2 基于参考模型的全自主足球机器人解耦控制系统

4．3．3 耦合作用系数分析

4．3．4 解耦控制器的设计

4．4 仿真实验及结果分析

4．4．1 基于参考模型的运动控制系统解耦控制的仿真模型

4．4．2 实验及结果分析

4．5 实物实验及性能测试

4．6 本章小结

总结

参考文献

攻读学位期间发表的论文

声明

致谢