CN103092199A - 足球机器人智能决策系统 - Google Patents
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Abstract
足球机器人智能决策系统：足球机器人系统为人工智能特别是多智能体的研究提供了一个标准的试验平台。系统的核心是“脑”即决策系统；在分层递阶决策的基础上，采取模块化设计；详细介绍了决策系统各个模块包括视觉模块、决策模块和控制模块等，并提出了一系列新的实现方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种足球机器人智能决策系统。足球机器人系统是一个典型的多智能体系统和分布式人工智能系统，涉及机器人学、计算机视觉和模式识别、多智能体系统、人工神经网络等领域。
背景技术
机器人足球比赛兴起于90年代。它是自动化及机器人领域最具有前瞻性的研究之一，近年来，关于足球机器人的研究在国内发展较快，尤其是FIRA组的mirosot机器人组；而RoboCup组只是从2000年以来才开始普及，且进行的一般都是仿真组的比赛.有关RoboCuP实际机器人组的比赛2002年才开始在上海进行了第一次比赛。
发明内容
基于上述情况，特此发明足球机器人智能决策系统；足球机器人系统是一个相当复杂的控制系统。RoboCup的F180组足球机器人系统。一般可分为4部分。视觉系统、智能决策系统、无线通讯系统和机器人小车系统。视觉系统可以看作整个系统的输入反馈部分；机器人是整个系统的“执行机构”；智能决策控制系统就是足球机器人系统的控制器部分；可以看出决策部分是控制系统的决定因素。
智能决策控制系统可分成3部分，视觉模块，决策模块和控制模块，而控制模块又可以分为路径规划模块和无线通讯模块。视觉模块从视觉系统中得到原始数据，包括两队机器人和球的位置坐标，朝向角，速度以及各种状态数据等；原始数据经过卡尔曼滤波之后，用线性预测法预测下一步机器人、球的位置，速度等；滤波后的数据和预测的数据作为决策模块的输入，通过分析这些数据，判断场上状态，进而决定各个机器人的动作、目标点及速度等。路径规划模块根据决策系统做出的判断，规划路径，计算各个机器人的期望速度，最后由无线通讯模块通过通讯系统传递给场上机器人。
具体实施方法
视觉模块：由于足球机器人系统实时性要求较高，要求图像辨识速度达到每秒25帧以上。特别是由于比赛场地灯光不均匀，所以误辨识和噪声不可避免。例如.由于误辨识引起辨识出来的机器
1.人的数据发生位置跳变等。为了更好地控制机器人，采用扩展Kalman-Bucy滤波法[·】进行滤波，Kalman-Bucy滤波法如下。问题可以归结为：已知观测向量z1，z2，……，z^，求i的均方意义下的最优估计，系统方程和观测向量的观测方程式可以表示为：
Xk＝F(Xk-1，Uk，Wk-1)
Zk＝H(Xk，Vk)
Zk是第k步时的观测值，Uk是k步时的输入，W和U是期望为0的高斯白噪声，其协方差分别为Q和R。在下面的讨论中Xk表示X的状态估计值。扩展Kalman-Bucy滤波法具体操作起来分为两步进行：
(1)根据系统动态模型更新状态估计值及其协方差
Xk＝F(Xk-1，Uk，0)
Pk＝AkPk-1Ak+WkQk-1Wk
Pk是X^k的协方差差，Ak和Wk是第k步厂(·)关于状态估计及噪声序列Wi的雅可比行列式。
(2)把实际系统的观测值复合到状态估计中
Kk＝PkHk(HkPk -Hk T+VkRkVk)-1
Xk＝Xk+Kk(Zk-H(Xk，0))
Pk＝(1-KkHk)Pk -
Hk是第Vk步h(·)关于状态观测和噪声序列Vi的雅可比行列式。
通过设置不同的状态变量。可以分别用上述公式对有关机器人和球的数据分别进行滤波估计。数据进行滤波后。简单地用线性预测法预测下一帧机器人和球的位置信息和速度信息等。
2.决策模块，决策模块完成中层结构决策协调层和运动规划层的任务。决策模块根据场上形势(控球方。比分等)采取不同的模式。进攻模式还是防守模式。并且根据模式采取不同的阵形。然后动态分配角色。前锋、后卫、守门员分别采取不同的控制策略。
3.控制模块，控制模块包括2个子模块。路径规划和无线通讯。路径规划根据决策模块的输出。规划机器人动作的路径。无线通讯模块在路径规划完毕后。将每个机器人的期望速度通过无线通讯系统传给场上机器人。
(1)路径规划模块，路径规划模块属于基本动作层的内容。完全的路径规划控制。路径规划器根据视觉模块的预测数据以及决策模块提供的期望的位置和速度。对机器人的路径进行规划。
已知初始位置(X0，Y0，￠)以及目标位置(x0，Y0，￠0)。可根据下列公式计算2个机器人轮子速度。
θi＝θ+min(a，tan-1(c/d))
Δ＝θi-φ
(t，r)＝(cos2Δ*sgn(cosΔ)，sin2Δ*(sinΔ))
v1＝v(t-r)
vr＝v(t+r)
θ是机器人到目标点(z.，Y.)的方向。φ是机器人的方向。v是期望的速度，d是到目标点的距离，c是清除参数，t和r是控制机器人运动方向的中间变量，当机器人绕到φ0时这个参数保持机器人到目标点的距离为c。
当规划的路径前面有障碍物时，应该考虑避障；避障算法集成在运动控制中，通过基于路径上突然出现的障碍物来调整目标的方向。
如果目标的方向太靠近障碍物。方向的调节是通过预置的障碍物的清除参数的切线。由于运动控制算法是连续运行，避障分析一直不断地重新规划无障路径。
(2)无线通讯模块，无线通讯模块主要的任务是把期望的机器人速度通过PC的I/O口传送给无线电发射板。最主要的问题就是选择串口还是并口通讯，基于以下几个原因，我们选择了串口：
①现在所用操作系统是win2000，如果用并口，必须写相应的驱动程序，增加了开发的难度。
②串口开发起来比并口更容易，简单直接。可以直接使用系统提供的API函数，也可以使用一些由别人免费提供的串口类。
③至于通讯速率，PC机提供的串口速率完全可以满足足球机器人系统的实时性要求。
Claims (3)
1.足球机器人智能决策系统：该系统就是足球机器人系统的控制器部分。
2.根据权利要求1的足球机器人智能决策系统，此系统可分成3部分，视觉模块，决策模块和控制模块，而控制模块又可以分为路径规划模块和无线通讯模块。
3.根据权利要求2的足球机器人智能决策系统中模块，则其定义为视觉模块从视觉系统中得到原始数据，包括两队机器人和球的位置坐标，朝向角，速度以及各种状态数据等；原始数据经过卡尔曼滤波之后，用线性预测法预测下一步机器人、球的位置，速度等；滤波后的数据和预测的数据作为决策模块的输入，通过分析这些数据，判断场上状态，进而决定各个机器人的动作、目标点及速度等。路径规划模块根据决策系统做出的判断，规划路径，计算各个机器人的期望速度，最后由无线通讯模块通过通讯系统传递给场上机器人。
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