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基于Robocup足球机器人路径规划与轨迹跟踪的研究

作　者: 田丽平
导　师: 杨光红
学　校: 东北大学
专　业: 导航、制导与控制
关键词: 足球机器人 路径规划 轨迹跟踪 人工势场法 Lyapunov函数
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


足球机器人系统是一个典型的多智能体系统,是人工智能领域中的重要课题,引起了学术界的高度重视。自主足球机器人系统是一种典型的足球机器人系统,在自主式足球机器人相关技术的研究中,动态不确定环境下的路径规划问题是足球机器人研究领域研究热点之一。而多障碍物环境下的路径规划,尤其是多障碍物动态环境下的路径规划,是一个比较复杂的问题,目前已取得了一些成果,但仍存在诸多问题有待进一步的解决。本文的研究是基于Robocup自主式足球机器人进行的,针对足球机器人运动规划中的路径规划问题及轨迹跟踪控问题进行了深入研究,本文主要工作如下：首先,综述了课题研究的背景和意义,概述了足球机器人系统的体系结构,并介绍了自主式足球机器人系统的组成。其次,分析了最短切线法和栅格建模法两种典型路径规划方法,讨论它们在足球机器人系统路径规划中的应用。分析了传统人工势场法在足球机器人路径规划系统中的应用及其优缺点。鉴于该方法存在目标点不可达和局部最小的缺点,本文给出了改进人工势场路径规划方法,通过改变斥力势场函数的方法来解决传统人工势场法中的缺点。并将改进方法应用到基础路径规划子系统和边界路径规划子系统中。同时,设计了路径规划仿真平台,验证了所提方法的有效性。然后,基于Lyapunov方法设计了足球机器人轨迹跟踪控制律,并对所规划出的路径进行了跟踪验证。利用Matlab平台,对系统进行了仿真研究,分别对直线路径和圆路径进行了跟踪控制,仿真结果验证了所设计的控制器能够有效跟踪规划出的路径,取得良好的跟踪性能指标。最后,对本文所做的工作进行了总结,并提出展望,指出有待进一步研究的方向和问题。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章 绪论  9-15
  1.1 足球机器人  9-10
  1.2 课题研究的意义  10-12
  1.3 路径规划的研究现状  12-13
  1.4 轨迹跟踪的研究现状  13-14
  1.5 本文主要的研究工作  14-15
第2章 自主式足球机器人系统介绍  15-23
  2.1 智能体与多智能体机器人系统  15
  2.2 足球机器人体系结构  15-18
    2.2.1 集中式  16
    2.2.2 分布式  16-17
    2.2.3 混合式  17-18
  2.3 足球机器人系统概述  18-23
    2.3.1 机器人小车子系统  18-19
    2.3.2 视觉子系统  19
    2.3.3 通信子系统  19-20
    2.3.4 决策子系统  20-21
    2.3.5 系统的运行过程  21-23
第3章 常见路径规划算法介绍  23-29
  3.1 路径规划要求和特点  23-24
  3.2 栅格法  24-26
    3.2.1 栅格法原理  24-25
    3.2.2 利用栅格法进行路径规划  25-26
    3.2.3 对栅格法的评价  26
  3.3 最短切线法  26-28
    3.3.1 算法原理  26
    3.3.2 算法应用  26-28
    3.3.3 算法的评价  28
  3.4 本章小结  28-29
第4章 改进的人工势场法进行路径规划  29-49
  4.1 传统人工势场法在路径规划中的应用  29-35
    4.1.1 人工势场法的基本原理  30-32
    4.1.2 人工势场法在基础路径规划中的应用  32-34
    4.1.3 人工势场法优缺点分析  34-35
  4.2 改进的人工势场法  35-40
    4.2.1 改进方法综述  35-36
    4.2.2 修改斥力场函数法  36-40
  4.3 人工势场法在边界路径规划中的应用  40-42
    4.3.1 边界路径规划  40-42
    4.3.2 解决方法  42
  4.4 实验结果  42-48
  4.5 本章小结  48-49
第5章 足球机器人轨迹跟踪控制  49-59
  5.1 移动机器人的非完整性  49-50
    5.1.1 移动机器人的控制  49
    5.1.2 控制系统的约束  49-50
  5.2 足球机器人运动学模型与动力学模型  50-52
  5.3 足球机器人轨迹跟踪问题描述  52-54
  5.4 控制器设计  54-56
  5.5 仿真结果  56-58
    5.5.1 跟踪直线  56-57
    5.5.2 跟踪圆  57-58
  5.6 本章小结  58-59
第6章 结论与展望  59-61
参考文献  61-65
致谢  65

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 机器人技术 > 机器人
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