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小型组足球机器人比赛涉及计算机、人工智能、控制理论、机器视觉、传感器信息融合、信号处理、无线通讯、精密机械、机器人学等多个学科,目前已成为机器人领域的研究热点。本论文重点研究小型组足球机器人的运动规划和控制问题。
文章首先介绍目前比赛中广泛使用的全向移动机器人机械结构,分别在世界坐标系和机器人坐标系下,推导出全向移动机器人的运动学方程,动力学方程,分析机器人的运动学模型,动力学模型,给出相应的系统方程,并且代入实际机器人的具体参数,通过MATLAB仿真验证模型的有效性。
其次采用一种基于行为的混合式机器人个体体系结构,设计Robocup小型组足球机器人控制系统,给出相应的功能框图,对各部分功能进行详细论述,设计了带有前馈的双闭环运动控制器,并作大量的仿真分析。文章还论述了控制系统的实现问题,并给出足球机器人运动控制、踢球控制、盘球控制的电路原理图。
最后对小型组足球机器人的运动规划和人工势场法深入研究,在传统的势场法基础上引入速度引力场和速度斥力场的概念,改进传统的势场法,推导出新的引力函数和斥力函数,仿真实验表明:在新的势场函数作用下机器人能够快速调整自身的速度大小和方向,使其快速脱离障碍物的威胁并能快速地到达目标或追踪目标。另外文章还对人工势场法在足球机器人运动规划中的应用,势场函数权重系数、作用范围的设定作了深入探讨。