微机器人足球比赛控制策略研究.ppt
智能机器人机器关键技术PPT
第三代机器人(20世纪80年代中期以后)是智能机器人,这种机器人 带有多种传感器,能够将多种传感器得到的信息进行融合,能够有效 的适应变化的环境,具有很强的自适应能力、学习能力和自治功能。
发展现状
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在各国智能机器人技术的发展中，美国在国际上一直处于领先地位。 其技术全面、先进，适应性也很强，性能可靠、功能全面、精确度 高，其视觉、触觉等人工智能技术已在航天、汽车工业中广泛应用。 日本由于一系列扶植政策，各类机器人发展迅速。政府巨大资助给 其带来了硬件优势，促进了智能机器人技术的发展。
智能机器人三要素
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一是感觉要素，用来认识周 围环境状态； 二是运动要素，对外界做出 反应性动作； 三是思考要素，根据感觉要 素所得到的信息，思考出采 用什么样的动作。
智能机器人根据其智能程度分类
传感型机器人
智能机器人根据其智能程度分类
交互型机器人
智能机器人根据其智能程度分类
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自主型机器人
模糊逻辑算法( Fuzzy Logic Algorithm)：类似人的避障，经验化的方法。 基于传感器的信息，采用模糊逻辑算法通过查表得到规划出的信息，完成
局部路径规划。
机器人视觉
机器人视觉【robot vision】 使机器人具有视觉感知功能的系
统，是机器人系统组成的重要部
分之一。
智能机器人应用
2010年2月3日，特拉维夫市一名以色列爆破专家引导一台爆破机器人成 功爆破炸弹
智能机器人应用
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一名美军士兵走过一台扫雷机器人，这台机器人被写上动画片主角的 名字“WALL-E”，摄于赫尔曼德省，阿富汗南部，2010年3月10号。
智能机器人应用
德国汉诺威大展上展示的机器人踢足球比赛
机器人比赛
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用Sony公司生产的“爱 宝”(AIBO)机器狗作为比赛专 用机器人，比赛在4.2m×2.8m 的绿色场地上进行。比赛双方 各有四个机器人上场，上下半 场各10分钟，队员之间可以进 行无线通讯，但禁止任何形式 的远程控制，从而保证每一支 球队都是一个独立系统。
中国机器人大赛
• 中国机器人大赛是我国智能机器人领域的一项顶级赛事，是国际机器人足球
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锦标赛(RoboCup)、国际机器人足球联盟(FIRA)两大机器人竞赛组织在国内唯 一授权举办的国际性机器人赛事。 中国机器人大赛以“发展机器人技术，普及机器人文化”为宗旨，致力于培 养青少年开发、研制和应用高科技的兴趣与爱好，普及现代科技知识，为机 器人事业发展发掘培养后备人才，推动智能自动化技术的创新与发展，是一 项科技、体育、文化高度融合的竞技活动，代表了中国机器人研究的最高水 平，在国内外有着较强影响力和品牌效应。 RoboCup中国公开赛是国际机器人足球锦标赛(RoboCup)五大公开赛之一。 RoboCup是将计算机人工智能与足球结合并进行深入研究的国际机器人组织， 其所举办的机器人足球赛已成为各类国际机器人竞赛中最具水平和影响力的 赛事之一，与FIRA Cup系列比赛一起被称机器人足球“世界杯”。 2010年7月18日－20日，由中国自动化学会机器人竞赛工作委员会、 RoboCup中国委员会、科技部高技术发展研究中心举办的 2010中国机器人大 赛暨RoboCup公开赛在内蒙古鄂尔多斯市康巴斯新区成功举行。
（二）RoboCup救援组比赛 1、仿真组 2、机器人组 （三）RoboCup家庭组比赛 （四）FIRA足球机器人比赛 1、仿真组 2、小型组 （五）空中机器人比赛 1、固定翼 2、旋翼
足球机器人原理
足球机器人原理
足球机器人是一种通过技术手段实现足球比赛参与和操作的机器人。
其原理主要包括感知、决策和执行三个方面。
感知方面，足球机器人通过搭载各种传感器获取场地信息，例如摄像头获取图像信息、红外传感器检测距离和位置等。
这些传感器能够将外部环境的信息转化为数字信号，并传递给下一步的决策操作。
决策方面，足球机器人的核心是搭载了人工智能技术，通过对感知到的信息进行处理和分析，制定出相应的策略和决策。
这些策略包括进攻、防守、传球、射门等，使机器人能够根据当前的比赛情况做出最佳的动作选择。
执行方面，足球机器人根据决策生成的指令，通过驱动装置进行具体动作执行。
例如，机器人可以通过电机控制轮子的运动来实现移动，通过电磁继电器控制摄像头云台的转动等。
这样，机器人就能够在场地上完成各种动作，并参与到足球比赛中。
整个足球机器人的原理基于感知、决策和执行的闭环过程，通过感知场地信息、决策策略和执行动作，使机器人能够模拟人类参与足球比赛的能力。
这种技术的应用不仅可以提高足球比赛的趣味性，还可以促进机器人技术的研究和发展。
机器人足球操作方法
机器人足球操作方法
机器人足球操作方法取决于具体的机器人设计和规则设置。
一般来说，机器人足球操作方法包括以下几个方面：
1. 视觉感知：机器人通过摄像头等感知设备来获取场地、球和其他机器人的信息。
这些信息可以用来制定行动计划和做出决策。
2. 运动控制：机器人需要通过马达或其他机械部件来实现移动和控制。
操作方法包括前进、后退、转向等基本动作。
3. 碰撞避免：机器人在进行移动时需要监测周围环境，避免与其他机器人或障碍物碰撞。
碰撞避免算法可以通过感知和决策来实现。
4. 球的控制：机器人需要能够识别球的位置和状态，并做出相应的动作来控制球的移动。
操作方法包括踢球、传球和接球等动作。
5. 团队合作：机器人足球通常是以团队的形式进行比赛，所以机器人需要能够与其他机器人进行合作，制定协同策略，并进行通信和协调。
以上只是机器人足球操作的一些基本方法，具体的实现方式和操作规则可能因不同的机器人类型和比赛规则而有所不同。
真实的机器人足球操作方法通常是通过
编程和算法来实现的。
机器人课程PPT课件
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医疗方面发挥作用。
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微型飞行器：被认为是未来战场上的重要侦察和攻击武器，能以可接受的成本执行某一有价值的任务。这种飞行器必须能够传输实时图像或执行其它功能，有足够小的尺寸（小于20厘米）、足够的巡航范围（如不小于5公里）和飞行时间（不小于15分钟）。
微型战术无人机：可用于战争危险估计、目标搜索、通信中继，监测化学、核或 生物武器，侦察建筑物内部情况。可适 用于城市、丛林等多种战争环境。因为 其便于携带，操作简单，安全性好的优
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应用领域的进一步扩大
机器人在制造业中的发展是成功的，正逐步涉足非制造业。随着人类改造大自然要求的提高，以及机器人适应特殊环境能力的增强，农业、林 业、军事、海洋勘探、太空探索、生物医学工程 等行业将是机器人崭露头角的新领域。深入日常生活在人们的日常生活中，各种服务机器人也将向我们走来，娱乐机器人将给我们的生活增添无限乐趣。清洁机器人将减轻我们繁重的家务。保健机器人可为老人和残疾人提供保健帮助，是人
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即分为示教－存储－再现-操作四
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示教－再现步进行。
示教：方式有两种：(1) 直接示教－手把手；(2) 间接示教－示教盒控制。存储：保存示教信息。再现：根据需要，读出存储的示教信息向机器人发出重复动作的命令。
7.12.13 控制
顺序信息：各种动作单元（包括机械手和外围设备）按动作先后顺序的设定、检测等。位置信息：作业之间各点的坐标值，包括手爪在该点上的姿态，通常总称为位姿（ POSE）。时间信息：各顺序动作所需时间，即机器人完成各个动作的速度。
•
执4 行机构：机器人的足、腿、手、臂、腰及关节等，它是机器人运动和完成某项任务所必不可少的组成部分。
5 控制器：是机器人的核心，它负责对机器人的运动和各种动作控制及对环境的识别。现代工业机器人的控制器都是由计算机控制系统组成，控制方式主要有示教再现、可编程控制、遥控和自主控制等多种方式。
基于对手的足球机器人策略研究
维普资讯
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西华 大学学报 － 自然科学版
２０ ０ ６矩
果。
集合 Ｈ 记 录了一定时间内 ｒ ｏ 所执行 的行 ｏ ｔ ｂｉ
为。
模型的运算算法可划分为 ５ 个步骤 ：
ｓ ｐ１初始化操作 ， ｔ ： ｅ 将模型各元素置初始化状 态， 随后 ， 系统按 ｓ ｐ ｔ ２至 ｓ ｐ 循 环执 行 。 ｅ ｔ５ ｅ Ｓｅ２ 获得外界信息， ｔ ： ｐ 修正模型 中的 Ｂ， ， ｊ ｊ Ｄ， Ｈ 。ｒｂｔ ｉ ｏｏ； 通过对 ｒｂｔ ｏ ｉ ｏ 观察统计或者通过特殊 环
形成的协作方式。策略通常在赛前或 中场休息时设 定， 也可以在 比赛过程 中动态改变。了解了对方 的 策略 ， 对于制定本方的策 略以及预测对方 队员 的行 为有着很重要的作用。在足球机器人 系统 中， 策略
在足球机器人系统 中按照该原理建立模型。将 我方视 为 ｒｂｔ 将 对 手 视 为 ｒｂｔ 则 我 方 建 立 对 ｏｏｉ ， ｏｏｉ ，
收稿 日期 ：０ ５１ ．０ ２ ０ ．１２ 基金项 目： 四川省麻用基础研究资助项 目（３ ２ ２ ） 四川省重点学科 资助项 目（ Ｚ ４ ５ ３ ）。 ０ ２ １９ ； Ｓ Ｄ ２ ２ １
作者简介 ： 黄新字 （９８）男， １７ 。 四川省绵 阳市人 ， 硕士研 究生 ， 主要研 究方 向： 器人技术 。 机
集合 Ｂ 包 含 了 ｒ ｏｉ 信 ｒｂｔ所 具 有 的 ｉ ｏ ｔ相 ｂ ｏ ｊ ｏ ｂｉ 。 ｒｆ ｅ 主要 包括 了 ｒｂｔ所 采用 的策 略 ， 包括 了 ｏ ｉ ｏ 也
ｒ ｔ对于可能采取 的行为路线的喜好 。 ｏ ｉ ｏ ｂ
集合 Ｄ 包含 了 ｒｂｔ当前拥有 的选择 。 ｊ ｏｏｉ 即各种 具有潜在可能的行 为。在足球 机器人 系统 中。 非控
Robocup小型足球机器人的控制系统研究Robocup系列研究之一
222222222222222222222222222222222222222222222
小资料
国内机器人比赛
3##* 年 5 月中国科学技术大学率先在校内举 办了第一届大学生机器人跳舞比赛，有十几支参赛 队伍， 从此拉开了中国机器人比赛活动的序幕。 3##* 年 6 月 36 日， 中国自动化学会机器人竞赛工作委员 会在北京成立， "6, 计划也提供专项基金资助。3##3 年 6 月 4 日在上海首次举办“3##3 年中国机器人竞 赛”及研讨会，汇集了国内机器人竞赛方面 789: 和
机器人从视觉系统获得相同的场景信息， !" 个机器 人和球的瞬时位置、 速度、 方向信息， 通过决策系统 运筹规划， 预测对方每个机器人和球的运动轨迹， 选 择自己与队友之间可能采取的整体技术方案，最终 确定自己的运动路线， 给出相应的动作指令。 控制系统的协调级是根据组织级提供的动作指 令， 结合机器人自身的运动特性和电机特性， 加上各 种辅助信息与及 #$% 控制算法，给出实现决策系统 动作指令的最佳控制方案。 协调级是控制每一个机器人运动姿态的核心 层，是综合考虑机器人自身各种机电参数与运动姿 态控制之间关系的协调技术层，是保证决策指令得 以迅速、准确执行的关键所在。协调级根据机器人 当前运动状态和下一步需要完成的决策指令，结合 电机的控制特性、 机器人运动特性、 机器人周边的环 境， 规划自己的最佳运行轨迹， 实现动作之间平稳过 渡， 最终完成截球、 带球、 传球、 阻挡、 射门等一系列 动作。例如， 机器人到达指定位置时， 有走直线与曲 线的选择， 运动过程中自动避障的实现， 主运动方向 的选择， 运行过程中改变姿态的选择， 各种传感器信 息利用， 运行速度的调整等等。 控制系统的执行级根据协调级输出的期望值形 成相应的控制量， 驱动相应的电机工作， 从而完成足 球机器人的控制。 执行级的核心部分是电机的 #&’ 调速控制，主要是保证机器人可靠运行的机电硬件 系统。
河海大学e龙-Ⅳ足球机器人系统的技术文档
河海大学e龙-Ⅳ足球机器人系统技术文档视觉子系统传统的足球机器人视觉系统的硬件由模拟摄像头，镜头，数据传输线和图像采集卡组成。
随着足球机器人技术的发展，对摄像头的要求越来越高，摄像头的选择逐渐有模拟转向了数字。
同时，摄像头的变化，对镜头的要求也趋提高。
在本系统中，使用了德国BASLER A312fc 数字摄像头及相配套的镜头，数据传输线和1394适配卡。
1．系统结构集控式足球机器人视觉子系统主要有3个模块，图像获取、预处理和图像处理，如图1.1所示。
视觉主流程；数据流程；命令流程图1－1 视觉系统结构1.1 图像获取由于采用模拟摄像头加图像采集卡获取图像的方式存在种种弊端，本课题研究的视觉系统决定选择数字摄像头来代替传统的模拟摄像头加图像采集卡。
所谓数字摄像头是一种数字视频的输入设备，利用光电技术采集影像，通过内部的电路把这些代表像素的“点电流”转换成为能够被计算机所处理的数字信号的0和1，而不像视频采集卡那样首先用模拟的采集工具采集影像，再通过专用的模数转换组件完成影像的输入，数字摄像头在这个方面显得集成度更高,数字摄像头将摄像头和视频捕捉单元做在一起。
本课题选用的硬件是德国BASLER A312fc 1394数字摄像头，该款摄像头主要用于工业生产监控、机器视觉、显微图像分析、生物及医学等领域，具有以下主要特点：●优越的图像质量可以改善图像处理结果。
●外形紧凑，易于安装。
●支持AOI（Area of Interest）扫描●多种分辨率选择，更加适应不同系统的需要。
●电子控制曝光时间具有极大的适应性。
●图像传输采用1394总线传输性能参数如下表：表1-1 A312fc性能参数表靶面尺寸（宽×高）像素780×580传感器类型逐行扫描CCD像素尺寸8.3um×8.3um全分辨率时最高帧速53fps彩色/黑白彩色视频输出类型IEEE 1394视频输出格式8 bits同步外同步或1394总线曝光控制通过1394总线可编程控制红外滤光标准供电8-36DVC (建议使用12DVC)耗电不大于3.0W镜头接口C口外形尺寸40.8mm×62mm×62mm重量240gBASLER A312fc 1394数字摄像头采用IEEE 1394总线进行图像传输。
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程序测试中遇到的问题
基于复杂模型产生的计算误差
人为模拟环境因素加入的误差
计算误差引起的机器人重叠示意图
人机界面
仿真系统窗口的整个客户区为虚拟 场地，共有三个菜单：Game， Demo，Help。Game菜单中包括 New，Configuration，Load Game 和Exit。 菜单下边是工具条。
深度区域防守策略示意图
(3)全攻全守策略
基本思想：距离球最近的机器人抢球， 另一个机器人参与配合 。
基本特点：按照一定的阵型进行组织， 并根据不同的情况进行连续的变换 。
全攻全守场上形式示意图
其它战术策略
(4)自由人战术策略 (5)人盯人战术策略 (6)孤注一掷战术策略 (7)保守防守战术策略
哈尔滨工程大学机器人足球代表队在1999年首 届全国机器人足球锦标赛上取得策略比赛第二 名，刘刚老师代表学校接受了中央电视台《科 技博览》节目采访。
八种关键技术
(1)计算机视觉技术 (2)无线通信技术 (3)机电一体化技术 (4)计算机软/硬件集成技术 (5)协调策略技术（作者的工作） (6)计算机仿真技术 (7)人工生命学与模糊控制技术 (8) 共享控制技术
谢谢各位老师!
宽度区域防守示意图
宽度区域防守流程图
开始
no
机器人与球
yes
的位置大于
计算目标角
计算目标点
目标点在 射门区
no
前方有 障碍物
no
前往球处
no yes yes
目标角在 某个范围
yes
射门
避障
结束
细化的宽度区域防守示意图
(2)深度区域防守策略
基本思想：以球场的纵向中线为界，每 个机器人在自己的区域内射门或防守， 不到其他区域。 基本特点：每个机器人的职责范围明确， 两个攻守的机器人一个负责左侧的纵向 半场，一个负责右边的纵向半场。
最优点场上位置示意图
策略的具体实现
有些情况下机器人无法直接取得A, B，C, D, G这样的最优点作为第一 目标点 。 中间目标点取得的同时，最优点蜕 化为第二目标点。
最优点蜕化为第二目标点示意图
策略实战效果分析
最优点未必最优 G点在球后37像素的引导启发本质 最优点取得后整体攻防效果提升
取得最优点后场上局面示意图
自由人策略场上形式示意图
基于最优点的宽度区域防守策略
基本思想：模拟与人类足球真实情况相似的场 上的阵形，追求真实足球的灵活和由于受限较 小而表现出的随机应变；加入“最优点”这个 经验性因素，贯彻以概率取胜的理念。
基本特点：综合体现了场上布局较人性化的整 体战略，同时引入了基于实战经验的统计学总 结的最优点策略，最优点虽削弱了人性化带来 的灵活性与即兴发挥但却很大程度上弥补了人 性化策略由于缺乏经验性因素而发挥不稳定的 缺点。
闭环控制系统框图
作者的工作
当今机器人足球比赛中常用策略剖析 给出了基于最优点的宽度区域防守策略 策略编码实现及实战效果分析
策 略 总 体 流 程 图
3 VS 3 比赛策略
(1)宽度区域防守策略
基本思想：以球场中场线为界，每个机 器人都有自己的活动区域。 基本特点：每个机器人都有自己的角色 (前锋、后卫、守门员)。
比赛配置对话框示意图
结论
作者在本文中总结了机器人足球发展历程和所 取得的成果，具体的分析了整个机器人足球系 统的硬件系统、仿真系统极其策略接口。 深入剖析了当今机器人足球比赛中几种常用控 制策略，对其中的优缺点进行了全面的探讨并 就可以改进和提高的地方提出了自己的见解。 重点的研究和设计了基于最优点的宽度区域防 守策略并对其进行编程实现，在仿真系统上运 行通过，得到了良好的效果。
策略软件接口示意图
SVI
视觉系统
策略软件
足球机 器人模型
SCI
通信系统
执行特点
（ 1 ） 闭环控制系统
机器人足球比赛为一闭环控制系统。 （ 2 ） 视觉采样周期
因为视觉系统的采样周期为，所以计算机识别 处理周期应小于33毫秒，否则跟不上视觉系统的节拍， 使机器人反映不够机敏，行动迟缓。
视觉
策略
通讯 执行
微机器人足球比赛控制策略研究
学
号 ： 01061421
学 生 姓 名 ： 孙晓宇
指 导 教 师 ： 刘刚 讲师
背景及现状
微机器人足球是最近几年在国际上迅速发展起 来的高技术中国机器人足球协 会，并在同年7月份和11月份分别在哈工大举 办了中国首届全国机器人足球邀请赛和锦标赛， 从而在国内正式形成了研究机器人足球比赛的 新领域 。