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面向水球比赛的机器鱼控制策略研究

作　者: 赵盛昌
导　师: 纪志坚
学　校: 青岛大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 仿生机器鱼路径规划进攻策略虚拟切线圆嵌套圆
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着科学技术的发展,人工智能领域研究的深入,机器人技术已成为研究的热点。水下机器人的研究对海洋的探索具有深远的意义。未来,仿生机器鱼将在复杂的水环境下完成各项艰巨的任务,如：海底探测、海洋生物观察、军事侦察等。北京大学工学院自主研发的一类微小型仿鲹科类机器鱼是研究的开始,其开发的微小型仿生机器鱼实验平台是研究的重点。本文是以机器鱼比赛为依托,依据机器鱼的本体特征和游动特性,来研究人工智能的。本文首先对国内外仿生机器鱼的研究背景和研究现状进行了概述,对本文的选题意义和主要研究内容做了说明,介绍了论文的主要工作。并结合机器鱼比赛,对机器鱼鱼体的硬件参数和微小型仿生机器鱼实验平台的功能模块进行了介绍。其次针对水环境的特性,提出了基于模糊控制的防守策略和基于虚拟切线圆的进攻策略。模糊控制策略能够使机器鱼将球由防守区域快速的顶入进攻区域,进攻策略能够使机器鱼沿着一条比较平滑的路径准确地到达顶球点,参与进攻,使机器鱼的进攻具有连续性和针对性。同时,避免了电机角度变化引起的震动和水的波动等不稳定因素,使机器鱼的进攻更加有效,提高了带球进攻的成功率。本文还对机器鱼射门的准确性与可行性进行了分析,首先通过嵌套圆分析了机器鱼的正面进攻,得出了机器鱼射门的准确性较高的情况,其次分析了边缘进攻,得到了机器鱼甩尾进攻的最佳射门点。最后,总结了本文的研究工作,并指出了今后需要进一步开展的工作。

全文目录

摘要  2-3
Abstract  3-7
第一章引言  7-13
  1.1 仿生机器鱼机器比赛的研究意义  7-8
    1.1.1 仿生机器鱼的研究意义  7
    1.1.2 机器鱼比赛的研究意义  7-8
  1.2 仿生机器鱼研究现状以及比赛的发展现状  8-9
    1.2.1 仿生机器鱼的研究现状  8-9
    1.2.2 机器鱼比赛的发展现状  9
  1.3 路径规划的研究现状  9-11
    1.3.1 局部路径规划方法  10
    1.3.2 全局路径规划方法  10-11
  1.4 论文的主要工作  11-13
第二章机器鱼比赛硬件及平台介绍  13-25
  2.1 硬件介绍  13-15
    2.1.1 比赛平台  13-14
    2.1.2 机器鱼样本  14-15
  2.2 小平台简介及操作说明  15-20
    2.2.1 基本控制  15-16
    2.2.2 高级控制  16-17
    2.2.3 关节调直  17-18
    2.2.4 参数设置  18-19
    2.2.5 模式设置  19-20
    2.2.6 注意事项  20
  2.3 大平台简介及操作说明  20-25
    2.3.1 运行环境  20-21
    2.3.2 软件功能概述  21
    2.3.3 操作说明  21-24
    2.3.4 常见问题及解决办法  24-25
第三章机器鱼比赛的路径规划与进攻策略  25-41
  3.1 区域的划分  26
  3.2 模糊点到点控制  26-31
    3.2.1 模糊控制  26-27
    3.2.2 模糊控制器的组成  27
    3.2.3 模糊控制器设计  27-31
  3.3 虚拟圆的进攻策略  31-32
    3.3.1 球门中点的选取  31
    3.3.2 虚拟圆与转弯圆的确定  31-32
    3.3.3 虚拟圆进攻原理  32
  3.4 进攻策略的实现  32-36
    3.4.1 虚拟圆的选择  32-33
    3.4.2 公切线的确定  33-34
    3.4.3 切点的确定  34-36
  3.5 其他情况的处理  36-37
    3.5.1 嵌套情况  36-37
  3.6 实验及分析  37-39
  3.7 结语  39-41
第四章机器鱼射门的准确性及可行性研究  41-47
  4.1 正面进攻时射门区域的探讨  41-43
    4.1.1 嵌套圆原理  41-43
  4.2 甩尾进攻最佳射门点的选取  43-45
  4.3 本章小结  45-47
结论  47-49
参考文献  49-51
攻读学位期间的研究成果  51-53
致谢  53-55

面向水球比赛的机器鱼控制策略研究

内容摘要

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