基于四腿机器人足球比赛的多自主体信息融合应用研究

摘要

本文基于RoboCup四腿机器人足球比赛,以比赛组委会指定的Aibo机器狗为实验对象,以国际RoboCup四腿机器人足球比赛冠军德国队公布的GT2004为研发平台,为适应新的比赛需要,主要通过对自主体自身携带的摄像装置所采集的图像信息进行处理而估算出的自主体在动态比赛环境下的实时位姿、球的认知等结果形成团队信息,借助无线网络通讯手段将团队消息在多自主体间共享,实现多自主体的信息融合,并制定出融合后的决策以及动作输出。 论文首先介绍了课题背景、多自主体系统以及信息融合在机器人足球领域的研究现状。结合以往比赛中出现的问题,提出了课题的研究方案和工作内容阐述了实现信息融合的系统总体方案,着重分析了信息融合在相关模块中的应用。然后以团队协作为目标,根据现有的个体信息设计出需要通过无线传递的团队信息结构。分别用加权平均法和粒子滤波法融合处理团队信息,获得了较好的效果。详细描述了从基本行为到路径规划、避障和动态角色分配等高级策略的实现过程,在此基础上分析了如何实现传接球配合。最后设计出基于信息融合动作输出的传接球等特殊动作。 本课题充分利用国内外最新相关科研成果,结合比赛实际情况选择适当的信息融合方法,有效处理团队信息。在团队通讯及协调决策方面取得了较为可观的实用价值,这些对于今后的研究工作尤其是要实现多自主体的配合决策奠定了基础。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1 引言

1.2多自主体系统与机器人足球

1.2.1 自主体

1.2.2多自主体系统

1.2.3机器人足球

1.2.4 RoboCup简介

1.3 四腿机器人足球比赛

1.4比赛机器人

1.4.1机器狗的硬件

1.4.2机器狗的开发平台

1.5 我队以往比赛中出现的问题

1.6本文研究目标及主要内容

第2章系统总体框架与信息融合方案

2.1 信息融合

2.1.1信息融合的基本框架

2.1.2信息融合的层次

2.1.3信息融合的一般方法

2.2系统分析

2.3系统框架

2.4机器人足球中的信息融合应用方案

2.4.1视觉模块

2.4.2定位模块

2.4.3通讯模块

2.4.4 决策模块

2.4.5 动作模块

2.5本章小结

第3章基于无线通讯的团队信息融合

3.1环境地图及各坐标系的建立

3.1.1 环境地图

3.1.2场地坐标系的构建

3.1.3机器人坐标系的构建

3.1.4摄像头坐标系的构建

3.1.5 图像坐标系的构建

3.2机器人和球的个体模型

3.2.1机器人实时位姿

3.2.2球的模型

3.3 四腿组中的通讯系统

3.5团队信息的创建

3.6用加权法对球的位置信息进行融合

3.7信息融合在球的定位中的应用

3.7.1用粒子滤波器对球的感知进行滤波

3.7.2球的信息的区分

3.7.3球的团队定位

3.8本章小结

第4章基于信息融合的决策模块

4.1 决策模块

4.2对获得的球的信息进行融合

4.3行为控制

4.3.1球的处理

4.3.2导航和避障

4.3.3角色分配

4.4传接球的实现

4.5本章小结

第5章基于信息融合的动作输出

5.1 动作模块

5.2 Aibo狗的运动关节结构

5.3动作内容的具体实现

5.4初步设计动作及其文件处理

5.4.1动作模拟器简介

5.4.2初步设计动作的步骤

5.4.3所设计的动作及要求

5.4.4*.kim文件与*.mof文件的格式及内容对比

5.5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的学术论文

致谢