RoboCup3D系统中足球机器人的路径规划与传球策略研究
RoboCup3D仿真比赛是2005年引入的新的仿真组别足球机器人比赛项目，从2007年开始，RoboCup比赛委员会采用了基于Nao模型的仿真双足足球机器人作为比赛队员，能够更加真实的模拟现实足球比赛。该仿真比赛系统可以作为一个仿真双足足球机器人和多智能体系统(Multi-agent System，MAS)的通用研究平台，通过这个平台，能够测试和发展各种新的机器人的理论和算法。由于比赛队员是仿真双足机器人，其行走过程必须依靠双腿摆动而不是用轮子滚动运动，因此与一般的二维平面仿真足球机器人相比，在Robocup3D平台下，仿真双足足球机器人研究又面临许多新的问题和挑战。
三维空间下仿真双足足球机器人的运动方式与二维平面仿真双足足球机器人相比有明显的不同。在三维空间下，本文对仿真双足足球机器人做了以下几个方面的研究:
(1)仿真双足足球机器人运动学分析
首先分析了仿真双足足球机器人的物理参数，对机器人腿部关节进行简化，建立各关节的局部坐标系。根据D-H连杆模型推导出各关节的位姿变换矩阵，据此求解踝关节的位姿，实现仿真双足足球机器人的正运动学求解。然后根据仿真双足足球机器人的腿部结构特点，采用几何分析法对仿真双足足球机器人的腿部关节进行分析，求解腿部各个关节的角度，实现仿真双足足球机器人的逆运动学求解。
(2)仿真双足足球机器人路径规划
传统的路径规划算法都是针对二维平面下轮式机器人问题进行求解的，传统算法没有很好的考虑到二维平面轮式机器人与三维立体空间双足机器人运动形态的差异。在RoboCup3D仿真足球机器人比赛系统中，机器人是双足的，由于其运动形式的局限性，对运动速度大小及方向变化很敏感，运动状态的大幅改变容易造成机器人失去平衡倒地，倒地后重新站立耗时时间长，增加了机器人到目标点运动时间。本文提出了一种基于遗传算法实现的三维立体空间下仿真双足足球机器人的路径规划方法，充分考虑到路径平滑度对机器人稳定性的影响，实现了在稳定行走的前提下仿真双足足球机器人的路径规划。
(3)仿真双足足球机器人传球策略
在仿真双足足球机器人比赛中，传球效果的好坏对比赛成绩影响很大。本文在仿真双足足球机器人传球过程中应用C4.5决策树算法生成传球决策树，使球员能够根据球场中影响传球效果的各方面因素，进行综合判断，将球传给最合适的我方队员。在RoboCup3D仿真比赛系统中进行仿真实验，证明该传球策略明显提高了仿真双足足球机器人的传球成功率。
双足足球机器人;运动学特征;路径规划;遗传算法;C4.5算法;RoboCup3D系统;传球策略
广东工业大学
硕士
控制理论与控制工程
杨宜民
2013
中文
TP242.6
70
2013-10-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）