RoboCup类人足球机器人智能控制系统设计与实现

• 作 者: 高海丹
• 机 构: 东南大学
• 出 处: 东南大学
• 发表日期: 2018年01期
• 关键词: 类人足球机器人 智能控制系统 订阅-发布模式 蒙特卡洛定位

类人机器人是最受关注的机器人类型之一，其拥有与人类相似的身体结构和感知系统，具有一定的决策能力并能模仿人类的一些行为，代表了机器人技术的最顶尖水平，有重大的研究价值。RoboCup（机器人世界杯）是一个国际性组织，它通过提出一系列标准问题来推动智能机器人的研究，类人机器人足球比赛是其中的一个子项目，要求参赛队设计并制作全自主的类人足球机器人。　　本文根据RoboCup2017类人KidSize组的竞赛规则，在现有的SEU-UniRobot机器人硬件基础上，设计并实现智能控制系统，使得该机器人具有感知、决策和执行能力，能全自主完成足球比赛。本文在提出控制系统总体设计方案的基础上，对系统中的各子模块分别进行详细论述，最后设计实验对机器人智能控制系统进行全面测试。　　本文提出分层控制系统的总体设计方案，底层负责机器人关节的硬件驱动和实时控制，上层负责感知信息、产生决策和生成动作。其中重点介绍上层控制系统的设计过程，分为控制器选型、开发环境构建和控制软件方案设计三个部分，其中上层控制系统软件采用慎思控制与反射控制混合的控制结构，分为感知、决策和执行三个子系统。　　感知系统通过构建世界模型来描述外界环境，本文提出基于订阅-发布模式的传感器抽象框架用于采集传感器原始数据，并建立单目测距系统和视觉子系统来处理数据。世界模型的构建包括物体模型预处理、基于蒙特卡洛定位方法的自主定位和世界模型更新三个步骤。　　本文把执行系统设计成一个具有并发能力的执行框架，并提出静态和动态两种动作生成方式；把决策系统分为外部决策层和内部决策层两个部分，并采用多层有限状态机来描述决策程序。　　本文还介绍了控制系统开发调试过程中用到的一系列调试工具，这些调试工具具有远程控制、在线数据跟踪、离线仿真等功能，可以简化操作，显著提升开发效率。　　最后，本文通过设计多个实验进行控制系统功能测试，实验结果表明机器人具备感知、决策和执行能力，能独立自主完成足球比赛的能力。