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足球机器人电机控制的研究
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3秒自动关闭窗口四轮全向移动足球机器人运动控制系统的研究--《广东工业大学》2012年硕士论文
四轮全向移动足球机器人运动控制系统的研究
【摘要】：机器人作为人类最伟大的发明之一,长久以来一直受到国内外的研究人员的关注,而足球机器人的研究无疑是智能机器人研究中最具有挑战的研究课题之一。它涵盖了自动控制技术、计算机技术、电子技术、智能控制理论、传感器技术等诸多学科的知识,基如此使得对足球机器人的研究已经成为了人工智能和机器人学的研究热点。每年举办一次的RoboCup中型组足球机人比赛是典型的足球机器人的比赛平台。中型组机器人比赛既是高科技应用于娱乐的一种体现,也是培养是人工智能、自动化领域科技人才的重要窗口,同时也是促进足球机器人领域科技进步的有效途径,其研究意义深远而重大。
随着近年来足球机器人比赛的热烈开展,吸引了越来越多的国内外大学投入更多人力物力到比赛中,各参赛队伍的水平也在逐年提高。然而比赛过程中足球机器人普遍存在中断不受控制、启动及制动较慢、无法到达预定位置、启动转矩较小、运行速度较小、动作的精度不高等问题。足球机器人要想在比赛中完成既定任务,必须要有一个控制精度高、稳定性好的运动控制系统。足球机器人的运动控制是指控制足球机器人按照预先规划好的运动轨迹运动,运动控制系统的对机器人的运动性能有最直接的影响。
本文通过搜集国内外机器人运动控制系统相关研究及发展趋势的资料,对其进行充分的分析和综合。在此基础上,结合本人所在机器人实验室中四轮全向移动足球机器人的运动控制系统的设计,对机器人运动控制进行了较深入的研究,并对其运动控制系统进行研发。本文主要的研究内容如下：
(1)机器人运动控制系统的体系结构与硬件设计
分析了四轮全向移动足球机器人运动控制系统在硬件设计上的要求,采用了基于DsPIC控制器的足球机器人的运动控制系统体系结构。详细阐述了四轮全向移动足球机器人的运动控制系统相关硬件部分各功能模块的工作原理。硬件部分各模块主要包括：直流电机电机控制模块、四轮轮速分配控制模块、直流电动机的驱动模块、电动机编码盘接口模块、串行口通信模块、电源模块、电子指南针、陀螺仪、加速度传感器和带球机构。
(2)机器人单自由度运动控制的研究
由于机器人底层各轮子的直流电机控制系统在机器人运行过程中具非线性和时变形,传统的控制方法无法满足其控制要求,本文采用BP神经网络PID控制器对机器人单个自由度进行运动控制,在线利用神经网络的自学习实时的调整PID控制的三个参数,从而达到控制要求。
(3)机器人四轮运动控制的研究
建立机器人的运动学模型,并基于该模型采用模糊控制的方法对机器人的整体速度实时的进行修正,让机器人的总体速度误差最终转变为单个轮子的的误差。并通过实验比较采用误差补偿控制器与没有采用误差补偿控制的系统最终输出的结果,显示了此方法的可行性和实用性。
最后进行本文课题研究进行了总结,说明了研究的最终成果,并对课题研究过程中需要改进之处提出了展望。
【关键词】：
【学位授予单位】：广东工业大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2012【分类号】：TP242【目录】：
摘要4-6Abstract6-8目录8-10Contents10-12第一章 绪论12-18 1.1 引言12 1.2 课题的研究背景及意义12-14 1.3 国内外相关的研究现状及发展趋势14-15 1.4 本文的主要研究内容及章节安排15-18
1.4.1 主要研究内容15-16
1.4.2 章节安排16-18第二章 RoboCup中型组机器人足球比赛系统简介18-22 2.1 引言18 2.2 机器人足球比赛系统的构成及工作原理18-19 2.3 运动控制子系统19-20 2.4 本章小结20-22第三章 运动控制系统的体系结构与硬件设计22-32 3.1 引言22 3.2 运动控制系统的设计要求22-23 3.3 运动控制系统的体系结构23-24 3.4 运动控制系统的硬件设计24-31
3.4.1 控制器模块24-26
3.4.2 电源模块26-27
3.4.3 串口通信模块27
3.4.4 直流电动机控制单元27-28
3.4.5 编码盘接口及测速模块28-31 3.5 本章小结31-32第四章 机器人单个自由度运动控制的研究32-49 4.1 引言32 4.2 运动控制系统的软件开发环境32-33 4.3 运动控制系统的软件设计要求33-34 4.4 直流电机调速控制算法设计34-42
4.4.1 直流电机控制模型35-36
4.4.2 直流电机调速控制系统的组成36-40
4.4.3 BP神经网络PID控制器的参数整定40-41
4.4.4 BP神经网络PID控制器程序设计41-42 4.5 直流电机调速控制系统的仿真实验42-46 4.6 仿真实验结果及分析46-48 4.7 本章小结48-49第五章 机器人四轮运动控制的研究49-65 5.1 引言49 5.2 机器人运动控制系统的结构49-50 5.3 机器人的运动控制模型50-52 5.4 误差补偿控制器的设计52-57
5.4.1 误差补偿控制器的参数整定54-56
5.4.2 控制器的程序设计56-57 5.5 机器人运动控制系统的仿真实验57-60 5.6 实验结果及分析60-62 5.7 实物试验及性能测试62-64 5.8 本章小结64-65总结65-67参考文献67-70攻读学位期间发表的论文70-72致谢72
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京公网安备74号“机器人世界杯”中国开战 2050年欲赢人类世界冠军|机器人|足球_凤凰资讯
“机器人世界杯”中国开战 2050年欲赢人类世界冠军
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国际在线报道（记者 陈雨）：第19届RoboCup机器人世界杯赛目前正在安徽合肥举行，来自全球47个国家和地区的2000多名选手参赛。RoboCup国际联合会主席野田五十澍表示，比赛目标是到2050年开发出一支由机器人组成的足球队，击败人类的世界冠军队。这个目标如何实现？目前，机器人在足球比赛的表现如何？
原标题：“机器人世界杯”中国开战 2050年欲赢人类世界冠军国际在线报道（记者 陈雨）：第19届RoboCup机器人世界杯赛目前正在安徽合肥举行，来自全球47个国家和地区的2000多名选手参赛。RoboCup国际联合会主席野田五十澍表示，比赛目标是到2050年开发出一支由机器人组成的足球队，击败人类的世界冠军队。这个目标如何实现？目前，机器人在足球比赛的表现如何？ 伴随着清脆而响亮的哨声，第19届RoboCup机器人世界杯赛日前在中国合肥开战。带球过人、防守扑击，会场内各路高手云集……来自47个国家和地区的机器球员在机器人足球、服务机器人和救援机器人三大领域展开竞争。 以机器人足球为例，共分小型组、中型组、类人组、标准平台组、足球仿真组5大类。其中，小型组机器人具备智能机器人间最默契的合作能力；中型组可使用无线网络来交流；类人组机器人会有与人类相似的外观及感知能力；标准平台组可实现真正无操控的机器人之间的战斗；仿真组则更关注操纵者的团队策略。浙江大学参赛队本次比赛带来了仿真机器人，在19日的比赛中取得了不错战绩。上、下午两场比拼中，分别以2:0和1:1的战胜、战平对手。参赛选手吴同学介绍说：“我们和他们的技术方面都还是很不错的。和他们比起来我们的状态可能更好一点。” 据了解，机器人一般通过视觉识别系统寻求足球，然后通过合作，传球将球踢进对方球门。由于是初赛阶段，有不少参赛“球员”还有些不在状态，不能准确定位足球，不时会两两相撞，甚至跌倒。记者在现场看到，强势的柏林联合队在十分钟里得了六分，对手哲人队的机器人也得了一分，只是这一分是由于柏林联合队乌龙所致。 除了机器人足球，服务机器人比赛也同样精彩。RoboCup中国委员会主席陈小平教授介绍说，本届机器人世界杯是19年来创新性最强的一次世界杯。比如，比赛打分机制首次增加了“姿态识别”项目考核。相对于渐趋成熟的“人脸识别”，“姿态识别”给服务型机器人带来了不小的挑战，“近年来，人脸识别技术使用的比较快，也比较好，因而在今年的比赛里，还会有，但分值降低了。今年的比赛要求对用户的姿态要识别。姿态识别现在还没有成熟的技术，这就反映了这个比赛是个前沿的研究。通过比赛来推动促进前沿的研究。谁在这方面做得更好，得分就会更多。” 值得关注的是，这位专家还表示，2015年，服务机器人到了从实验室走向家庭、走向社会的关键节点。目前，这一领域发展迅速，像扫地机器人、迎宾机器人、护理机器人、送餐机器人等等的应用已经悄然兴起。 作为中国参赛历史最久、成绩最好的中国科学技术大学队，去年他们的“可佳”机器人曾夺得服务机器人比赛的桂冠。今年“可佳”再次出战，并且新增了识别人的姿态、操纵不规则物体等技能。中科大一位参赛选手告诉记者：“一个老奶奶，坐在那儿，机器人会监视她的动作。老奶奶可能会突然间站起来然后坐下，或者突然站起来摔倒，或者突然间站起来走掉。这三种不同的动作。机器人要分辨出来，相应的做三个任务。（至于如何识别，）人体是有骨架结构的，它可以捕捉到人体的骨架结构，比如手臂之间的夹角。” 据了解，本届机器人世界杯是有史以来创新性最强的一届世界杯。比如首次对服务机器人进行精确测试。RoboCup中国委员会主席陈小平教授说，精确测试是当前国际机器人研究领域竞争的焦点之一，因此对突破如今国际服务机器人研究瓶颈有着积极的意义。 此外，今年服务机器人项目还首次引进了一套自动裁判系统。通过12个不同位置的摄像头来观察，提供客观、精确的定位判定。此举不仅增加了比赛的客观性，同时也是为了服务型机器人突破产业化瓶颈所做的努力。RoboCup国际联合会主席野田五十澍表示：“十八年前，我们创立机器人世界杯赛的时候，我们设定了一个标志性目标，让机器人球队在比赛中赢得人类。朝着这个终极目标，参赛者每年都会不断挑战一些技术难关。” 刚才说话的，英文部分是RoboCup国际联合会主席野田五十澍，翻译官则是一个身长约50公分、名为飞飞的机器人。这个萌萌的小家伙在比赛开幕式上承担了合肥市长和国际联合会主席致辞的翻译工作。伴随着人工智能技术不断发展，或许不只是机器人足球，整个机器人产业都会全面入侵，希望能令生活变得更加美好。
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