基于模糊pid和遺傳算法的足球機器人路徑規(guī)劃.doc
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基于模糊pid和遺傳算法的足球機器人路徑規(guī)劃,摘 要足球機器人是當前機器人研究中的一個熱點，涉及機器人學、人工智能、智能控制、計算機視覺等多個領域。足球機器人系統(tǒng)作為一個典型的多智能體協(xié)作系統(tǒng)，為機器人學、多智能體系統(tǒng)理論研究和技術應用提供了一個理想的實驗平臺。本文以mirosot機器人足球比賽為背景,以集控式微型足球機器人為研究對象,在分析了足球機器人系統(tǒng)的結構...
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摘 要
足球機器人是當前機器人研究中的一個熱點，涉及機器人學、人工智能、智能控制、計算機視覺等多個領域。足球機器人系統(tǒng)作為一個典型的多智能體協(xié)作系統(tǒng)，為機器人學、多智能體系統(tǒng)理論研究和技術應用提供了一個理想的實驗平臺。
本文以MiroSot機器人足球比賽為背景,以集控式微型足球機器人為研究對象,在分析了足球機器人系統(tǒng)的結構后，重點研究其智能實現(xiàn)的關鍵部分—決策子系統(tǒng)。對足球機器人策略庫的設計、機器人的路徑規(guī)劃、輪式機器人的運動控制等問題進行研究。
首先，本文介紹了足球機器人目前的發(fā)展狀況，以及足球機器人系統(tǒng)的組成，然后針對足球機器人問題的特點，對傳統(tǒng)的決策系統(tǒng)的設計思想進行了研究，分析了常用的決策模型的優(yōu)缺點，提出采用一種自上而下的分層遞階策略模型。接著在文中建立了差動輪式足球機器人的運動學和動力學模型，并給出了一種基于柵格建模的遺傳算法路徑規(guī)劃與模糊PID運動控制方法。隨后討論了決策系統(tǒng)中策略知識庫的組成,研究了策略知識庫中策略的設計方法，采用以球為中心的區(qū)域控制法，設計了足球機器人進攻策略與防守策略等。最后進行了系統(tǒng)仿真實驗,并總結了全文、提出了進一步研究的方向。
關鍵詞：足球機器人；決策系統(tǒng)； 路徑規(guī)劃；運動控制；模糊PID；遺傳算法
目錄
摘 要 I
ABSTRACT II
目錄 III
第一章 緒 論 1
1.1 引言 1
1.2 機器人足球的發(fā)展現(xiàn)狀 1
1.2.1 國外的研究現(xiàn)狀 1
1.2.2 國內的研究現(xiàn)狀 2
1.3 足球機器人研究的目的與意義 2
1.3.1 研究決策子系統(tǒng)的意義 3
1.3.2 決策系統(tǒng)相關問題研究現(xiàn)狀 4
1.4 本論文的研究工作 4
1.4.2論文主要內容 5
第二章 足球機器人系統(tǒng)概述 6
2.1 足球機器人系統(tǒng)的分類 6
2.2 微型（MiroSot）機器人足球比賽系統(tǒng)的簡介 8
2.2.1 視覺系統(tǒng) 9
2.2.2 決策子系統(tǒng) 10
2.2.3 無線通信子系統(tǒng) 11
2.2.4 機器人子系統(tǒng) 12
2.3 本章小結 13
第三章 微型足球機器人決策子系統(tǒng)分析與設計 14
3.1 決策子系統(tǒng)分析 14
3.1.1 決策子系統(tǒng)的任務 14
3.1.2 決策子系統(tǒng)的特點 16
3.2 決策子系統(tǒng)的體系結構 17
3.2.1 決策子系統(tǒng)模型 17
3.2.2 自上而下的分層遞階決策推理模型 18
3.3 足球機器人動作設計 22
3.3.1足球機器人動作設計的目的 22
3.3.2足球機器人動作的特點分析 22
3.4 小結 28
第四章 足球機器人的運動控制和路徑規(guī)劃 29
4.1 足球機器人的運動學和動力學模型 29
4.1.1坐標系的建立 29
4.1.2運動學模型 29
4.1.3動力學模型 30
4.2 基于模糊PID的足球機器人運動控制 32
4.2.1 控制系統(tǒng)設計 33
4.2.2 PID控制器設計 33
4.2.3 模糊控制器的設計 34
4.2.3.1 模糊控制器的基本原理 34
4.2.3.2 模糊控制器I的設計 35
4.2.2.3 模糊控制器II的設計 40
4.2.3 控制算法流程圖 41
4.2.4 用MATLAB 設計FIS及仿真 42
4.3 基于遺傳算法的機器人路徑規(guī)劃 44
4.3.1 遺傳算法簡介 44
4.3.2利用遺傳算法進行路徑規(guī)劃 45
4.3.2.1 規(guī)劃空間的柵格法建模 45
4.3.2.2 路徑規(guī)劃方法 46
4.3.3 仿真研究 49
4.3.3 結論 49
4.4 小結 50
第五章 策略知識庫的設計 51
5.1 引言 51
5.2 策略知識庫的組成 51
5.3 機器人足球比賽中的策略 52
5.3.1基本比賽策略的設計 52
5.3.2球隊隊形的選擇 52
5.3.3角色分配與轉換 59
5.3.4基本比賽策略 60
5.4 策略庫的幾種高層策略方案 62
5.5 小結 63
第六章 仿真結果與分析 64
6.1 概述 64
6.2 仿真環(huán)境和內容 64
6.3 仿真試驗結果 65
6.3.1 基于遺傳算法的機器人路徑規(guī)劃仿真 65
6.3.2 足球機器人基本比賽策略的仿真 65
6.4 小結 67
回顧與展望 68
攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術論文及取得科研成果 69
參考文獻 70
致 謝 74
附 錄 源代碼 75
足球機器人是當前機器人研究中的一個熱點，涉及機器人學、人工智能、智能控制、計算機視覺等多個領域。足球機器人系統(tǒng)作為一個典型的多智能體協(xié)作系統(tǒng)，為機器人學、多智能體系統(tǒng)理論研究和技術應用提供了一個理想的實驗平臺。
本文以MiroSot機器人足球比賽為背景,以集控式微型足球機器人為研究對象,在分析了足球機器人系統(tǒng)的結構后，重點研究其智能實現(xiàn)的關鍵部分—決策子系統(tǒng)。對足球機器人策略庫的設計、機器人的路徑規(guī)劃、輪式機器人的運動控制等問題進行研究。
首先，本文介紹了足球機器人目前的發(fā)展狀況，以及足球機器人系統(tǒng)的組成，然后針對足球機器人問題的特點，對傳統(tǒng)的決策系統(tǒng)的設計思想進行了研究，分析了常用的決策模型的優(yōu)缺點，提出采用一種自上而下的分層遞階策略模型。接著在文中建立了差動輪式足球機器人的運動學和動力學模型，并給出了一種基于柵格建模的遺傳算法路徑規(guī)劃與模糊PID運動控制方法。隨后討論了決策系統(tǒng)中策略知識庫的組成,研究了策略知識庫中策略的設計方法，采用以球為中心的區(qū)域控制法，設計了足球機器人進攻策略與防守策略等。最后進行了系統(tǒng)仿真實驗,并總結了全文、提出了進一步研究的方向。
關鍵詞：足球機器人；決策系統(tǒng)； 路徑規(guī)劃；運動控制；模糊PID；遺傳算法
目錄
摘 要 I
ABSTRACT II
目錄 III
第一章 緒 論 1
1.1 引言 1
1.2 機器人足球的發(fā)展現(xiàn)狀 1
1.2.1 國外的研究現(xiàn)狀 1
1.2.2 國內的研究現(xiàn)狀 2
1.3 足球機器人研究的目的與意義 2
1.3.1 研究決策子系統(tǒng)的意義 3
1.3.2 決策系統(tǒng)相關問題研究現(xiàn)狀 4
1.4 本論文的研究工作 4
1.4.2論文主要內容 5
第二章 足球機器人系統(tǒng)概述 6
2.1 足球機器人系統(tǒng)的分類 6
2.2 微型（MiroSot）機器人足球比賽系統(tǒng)的簡介 8
2.2.1 視覺系統(tǒng) 9
2.2.2 決策子系統(tǒng) 10
2.2.3 無線通信子系統(tǒng) 11
2.2.4 機器人子系統(tǒng) 12
2.3 本章小結 13
第三章 微型足球機器人決策子系統(tǒng)分析與設計 14
3.1 決策子系統(tǒng)分析 14
3.1.1 決策子系統(tǒng)的任務 14
3.1.2 決策子系統(tǒng)的特點 16
3.2 決策子系統(tǒng)的體系結構 17
3.2.1 決策子系統(tǒng)模型 17
3.2.2 自上而下的分層遞階決策推理模型 18
3.3 足球機器人動作設計 22
3.3.1足球機器人動作設計的目的 22
3.3.2足球機器人動作的特點分析 22
3.4 小結 28
第四章 足球機器人的運動控制和路徑規(guī)劃 29
4.1 足球機器人的運動學和動力學模型 29
4.1.1坐標系的建立 29
4.1.2運動學模型 29
4.1.3動力學模型 30
4.2 基于模糊PID的足球機器人運動控制 32
4.2.1 控制系統(tǒng)設計 33
4.2.2 PID控制器設計 33
4.2.3 模糊控制器的設計 34
4.2.3.1 模糊控制器的基本原理 34
4.2.3.2 模糊控制器I的設計 35
4.2.2.3 模糊控制器II的設計 40
4.2.3 控制算法流程圖 41
4.2.4 用MATLAB 設計FIS及仿真 42
4.3 基于遺傳算法的機器人路徑規(guī)劃 44
4.3.1 遺傳算法簡介 44
4.3.2利用遺傳算法進行路徑規(guī)劃 45
4.3.2.1 規(guī)劃空間的柵格法建模 45
4.3.2.2 路徑規(guī)劃方法 46
4.3.3 仿真研究 49
4.3.3 結論 49
4.4 小結 50
第五章 策略知識庫的設計 51
5.1 引言 51
5.2 策略知識庫的組成 51
5.3 機器人足球比賽中的策略 52
5.3.1基本比賽策略的設計 52
5.3.2球隊隊形的選擇 52
5.3.3角色分配與轉換 59
5.3.4基本比賽策略 60
5.4 策略庫的幾種高層策略方案 62
5.5 小結 63
第六章 仿真結果與分析 64
6.1 概述 64
6.2 仿真環(huán)境和內容 64
6.3 仿真試驗結果 65
6.3.1 基于遺傳算法的機器人路徑規(guī)劃仿真 65
6.3.2 足球機器人基本比賽策略的仿真 65
6.4 小結 67
回顧與展望 68
攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術論文及取得科研成果 69
參考文獻 70
致 謝 74
附 錄 源代碼 75
