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openresty/1.9.7.4人工势场法在足球机器人路径规划中的应用
0引言机器人足球比赛是一个典型的智能机器人系统,为研究多智能体系统及其协调问题提供了一个良好的平台。机器人避碰控制是机器人足球比赛的重要环节,比较常用的方法有人工势场法、栅格法、遗传算法等。由于势场法结构简单,便于底层的实时控制,在机器人足球路径规划中一直受到很大的注意,并在有的院校取得良好的效果[1]。但人工势场法本身存在着不足,其缺陷主要有以下几个方面:(1)存在陷阱区域;(2)在障碍物前震荡;(3)在狭窄通道中摆动;(4)在动态环境中的适应性差。这些缺陷严重影响了势场法在机器人足球路径规划中的使用。本文对人工势场方法及其各种改进算法进行了分析研究,总结了各种方法的优点及局限性,并结合机器人足球平台分析了各种方法的使用可行性,提出了对以后工作的展望。1势场原理描述人工势场是将机器人运行空间虚拟成一个有力存在的场地,把力分为引力和斥力。首先在机器人的运动空间中创建一个势场U,该势场由两部分组成:一个是引力场Uatt,方向指向目...&
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0???引言足球机器人系统是一个典型的多智能系统,机器人在比赛中能否规划出一条最优路径将足球安全快速地带到有效射门区域是比赛能否取胜的一个重要因素。所谓路径规划是使机器人按照莫一准则从起始位置搜索一条到终点位置的最优或近似最优的无碰撞路径。在路径规划中常用的方法有:人工势场法、栅格法、模糊方法、遗传算法、神经网络等。其中人工势场法因其计算简单便于数学描述,在机器人路径规划中得到了广泛的应用。人工势场法的基本方法是建立一种虚拟力:足球或球门对特定的机器人存在一定的引力,而敌对机器人和本方机器人对其存在一定的斥力,根据空间势场能减小的方向进行路径规划。但传统的人工势场法是在静态环境中研究出来的,对于足球机器人比赛这类对抗性与实时性比较强的动态环境存在一定的缺陷。本文在传统人工势场法的基础上融合了相对速度与相对位置角度进行路径规划。1???传统人工势场法传统的人工势场法是由Khatib于1986年提出。势场函数的表示方法有多种,这里用...&
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1引言路径规划是机器人研究领域的重要分支,它是指移动机器人按照某一性能指标要求搜索一条从起始状态到目标状态最优或次优路径的过程。目前根据机器人路径规划方法的不同,可以将其分为两类:传统路径规划方法和人工智能路径规划方法。传统的路径规划方法主要有:可视图法、栅格法、自由空间法、人工势场法等。智能路径规划方法主要有:专家系统[1]、神经网络法、模糊算法、遗传算法和一些仿生学算法[2]。人工势场法是由Khatib等提出的一种虚拟方法,他把移动机器人在环境中的运动视为在一种抽象的人造受力场中的运动:目标点对移动机器人产生引力,障碍物对移动机器人产生斥力,最后根据合力来确定机器人的运动。在传统人工势场法的路径规划过程中,当障碍物处在机器人和目标点之间,机器人受到目标点的引力和障碍物的斥力,可能出现合力为零的状态,即存在局部最优解,使移动机器人在到达目标点之前就停留在局部最小点,找不到路径到达目标点。当机器人向斥力势能减少和引力势能增加的方...&
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0引言路径规划问题就是要求机器人在有障碍物的工作环境中,根据给予的指令及环境信息按照某一性能指标搜索一条从起始点到目标点使机器人能安全无碰地绕过所有障碍物的最优或次优无碰路径[1-3]。路径规划常采用的方法有:人工势场法、模糊逻辑算法、遗传算法等。人工势场法是一种虚拟力法,结构简单,便于底层的实时控制,规划出的路径一般比较平滑并且安全,在实时避障和平滑轨迹控制等方面得到了广泛应用[4,5]。人工势场法将环境表示成障碍物的斥力场和目标点的引力场的叠加,机器人在二者的合力作用下从势场高点运动到势场低点,以完成路径规划。但是,人工势场法存在局部极小点导致陷阱区域这样的难题。针对人工势场法的局部极小点问题,国内外学者做了大量的研究,形成了人工势场的两个主要研究方向[6],一种是寻找更好的势场函数,使势场中出现极小值的概率减小;另一种是将人工势场法和别的方法融合来克服人工势场的缺点。Saeid Fazli等人在文献[7]中采用沿墙跟踪方法...&
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路径规划是机器人导航技术的一个重要研究方向,根据一个或几个优化标准(如能耗最少、时间最少、行程最短等)离线或者在线规划出一条最优或令人满意的安全无碰撞路径[1]。根据对环境信息的认知程度,机器人路径规划可以分为环境信息完全已知离线全局规划和环境未知或部分未知在线局部规划。全局路径规划方法大多是基于构型空间的几何法和拓扑法,主要有可视图法、自由空间法、栅格法以及基于状态空间的拓扑法等[2]。虽然这些方法比较灵活,但随着空间维数的增加,计算量呈指数增加。局部路径规划方法有人工势场法(APF)、模糊逻辑法、神经网络法等。从本质上讲,全局路径规划与局部路径规划没有区别,大多数方法可以通用[3]。随着智能算法的发展,如遗传算法、蚁群算法、粒子群算法等,即适用于全局路径规划,又适用于局部路径规划。文献[4]以栅格法进行环境建模,以机器人所走栅格最少为适应度函数,利用粒子群算法(PSO)做全局优化处理,最终得到一组最优粒子,然后按照一定的规则...&
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0引言随着机器人在智能领域的快速发展,机器人的路径规划研究已经成为机器人控制领域的一个重点研究方向。路径规划是移动机器人导航的基本环节之一。它是按照某一性能指标搜索一条从起始状态到目标状态的最优或近似最优的无碰路径。根据机器人对环境信息知道的程度不同,可分为两种类型环境信息完全知道的全局路径规划和环境信息完全未知或部分未知,通过传感器对机器人的工作环境进行探测,以获取障碍物的位置、形状和尺寸等信息的局部路径规划。本文以人工势场法为基础,利用该方法具有较高的反应速度,针对机器人在避碰规划中存在的问题,采用沿墙走行为方法来解决机器人在路径避碰规划中的局部极小问题。通过仿真实验证明,沿墙走行为对于解决局部极小问题是有效的。1人工势场法在机器人路径避碰规划中的应用1.1基于人工势场的方法人工势场法的基本思想是将机器人、障碍物、目标点简化为一个很小的质点。机器人的运动空间是二维的,机器人要到达目标,需要不断地向着目标运动,机器人的运动过程...&
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机器人足球 现在的足球机器人比赛有两个系列：即ROBOCUP和FIRA 。每年都要进行一次比赛。中国最早参加了FIRA比赛，代表队和哈工大代表队都取得了好成绩。另外中国还参加了ROBOCUP系列的比赛。在2001年的ROBOCUP比赛中，清华大学代表队获得了世界冠军 。另外，在2001年成立了机器人足球专业委员会。机器人足球参加了科技申奥主题活动，还将参加2002年的世界杯足球赛。以上活动说明机器人足球在中国获得良好的发展。机器人足球赛的主要类型分为半自主型（MIROSOT）、全自主型（ROBOSOT）、类人型（HUROSOT）、仿真型（SIMUROSOT）四种类型。
FIRA世界杯/机器人足球
机器人足球FIRA机器人足球比赛最早由韩国高等技术研究院(Korea&Advanced&Institute&of&Science&and&Technology，KAIST)的(Jong-Hwan Kim)教授于1995年提出，并于1996年在KAIST所在的韩国(Daejeon)举办了第一届国际比赛。1997年6月，第二届微机器人足球比赛(MiroSot97)在KAIST举行期间，国际机器人足球联盟(Federation of International Robot-soccer Association，FIRA)宣告成立。此后FIRA在全球范围内每年举行一次机器人世界杯比赛(FIRA Cup)，同时举办学术会议(FIRA Congress)，供参赛者交流他们在机器人足球研究方面的经验和技术。从1996年在韩国大田的KAIST举办第一届MiroSot比赛至今，FIRA已经举行了七届世界杯比赛，足迹遍布亚洲、、和，成为各类国际机器人竞赛中最具水平和影响力的赛事之一。除了一年一度的世界杯比赛以外，每年还有许多地区性的FIRA机器人足球比赛。蓬勃发展的机器人足球比赛对机器人足球的研究起到了巨大的推动作用。
关于FIRA中国/机器人足球
1997年7月，国际机器人足球联盟中国分会(简称FIRA中国分会)&成立，分会设在哈工大，由洪炳镕教授担任主席。同年中工智能学会下设机器人足球工作委员会，由洪炳镕教授同时担任主任。此后的十年间，在FIRA中国分会的领导下，先后组织了七届全国机器人足球锦标赛，有力地推动了国内机器人足球的研究和发展。
比赛种类/机器人足球
机器人足球FIRA机器人足球比赛种类1.半自主型机器人足球：MiroSot2.全自主型机器人足球：RoboSot3.仿真机器人足球：SimuroSot4.超小型半自主机器人机器人足球：NaroSot5.超小型全自主机器人足球：KheperaSot6.类人机器人足球：HuroSot7.RoboCup机器人足球比赛种类8.11VS11仿真组比赛9.5VS5小型机器人组比赛10.小型机器人组标准比赛（每队11人）11.中型机器人组比赛12.Sony四腿机器人比赛。
RoboCup & & &&& & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & &&/机器人足球
机器人足球第二大系列的机器人足球比赛是RoboCup。RoboCup(Robot&World&Cup)是一个国际性组织，1997年成立于。RoboCup以机器人足球作为中心研究课题，通过举办机器人足球比赛，旨在促进人工智能、机器人技术及其相关学科的发展。RoboCup的最终目标是在2050年成立一支完全自主的拟人机器人足球队，能够与人类进行一场真正意义上的足球赛 。RoboCup至今已组织了八届世界杯赛。比赛项目主要有：电脑仿真比赛(Simulation&League1、小型足球机器人赛(Small—Size&League(F一1&80))、中型自主足球机器人赛(Middle—Size&League(F2000)1、四腿机器人足球赛Four—Legged&Robot&League)、拟人机器人足球赛(Humanoid&league)等项目。除了机器人足球比赛，RoboCup同时还举办机器人抢险赛(RoboCupRescue)和机器人初级赛(RoboCup&Junior)。机器人抢险赛是研究如何将机器人运用到实际抢险救援当中，并希望通过举办比赛能够在不同程度上推动人类实际抢险救援工作的发展，比赛项目包括电脑模拟比赛和机器人竞赛两大系列。同时，RoboCup为了普及前沿科技，激发青少年学习兴趣，在1999年l2月成立了一个专门组织中小学生参加的分支赛事RobocupJunioro。现在，RoboCup举行以下比赛：&1&模拟组比赛2&小型机器人比赛3&整队小型机器人比赛，每队包括11个机器人&4&中型机器人比赛5&Sony有腿机器人比赛&(由Sony赞助)&6&人形机器人比赛(从2002年开始，2002年前可能会有演示)&7&遥控机器人比赛(即将公布)&8&RoboCup评论员系统演示
意义/机器人足球
机器人足球足球机器人比赛虽然刚刚开展几年时间，但是它吸引了越来越多人的关注。因为它以喜闻乐见的方式走进了我们的视野，虽然它的体积很小，但是它的意义非常重大。它是综合了计算机技术，自动化技术，机电一体化技术，人工智能技术，模式识别技术的一门综合技术。&足球机器人的核心技术是技术，它的目地是使机器具有人的智慧。它能使机器具有像人一样的感知环境，向环境学习的能力。人工智能包括智能控制、机器感知、机器情感、专家系统、人工生命、神经元网络和遗传算法等等。我们还能想起计算机“深蓝”战胜世界象棋冠军吗？这就是人工智能的成就。&
现状/机器人足球
现在的足球机器人比赛还远没有达到我们想要达到的地步，现在的比赛完全是一种仿真式的比赛，现在的足球机器人比赛的场地按国际的规定为1.5米×1.3米场地。场地上有中线，有门区，这与我们的实际的比赛没有什么太大的区别。每个足球机器人的车体按国际的规定不超过7.5cm×7.5cm×7.5cm.,（微型机器人比赛）机器人小车负责把红色的小球撞进球门。在赛场的上方有一个，摄像头把得到的信息上传到计算机中。经计算机的特定程序处理，得到场上双方的态势，再经过决策系统的处理，输出相应的数据。经通讯系统发送与接收，控制机器人小车在场上奔跑。机器人足球机器人的大脑在哪里？机器人的大脑就是装在一台主机中的决策系统。决策系统根据现场的敌我双方的比赛态势，决定我方机器人处于进攻还是防守。然后决定机器人的队形和机器人离足球的远近决定是主攻还是助攻、主防还是助防。根据每个机器人的任务决定相应的动作。相应的足球机器人有自己的眼睛－－视觉系统。足球机器人的视觉系统把比赛场地的敌我双方的态势都反映到计算机中，然后用计算机图像软件进行处理。利用模式识别技术，对数字图像进行特征提取等操作，形成自己的计算机内数据的表达，即敌我双方机器人的位置和角度。现在的足球机器人还没有长自己的嘴巴,但是他们却有一个统一的嘴巴。由上位机统一发出命令，该命令由机器人车体的通讯系统接收，所以能实现机器人小车的互相协调。关于足球机器人的双腿：足球机器人的双腿就是机器人的左右轮。就是车体部分,它包括、、车架、通讯模块等部分。由通讯模块接收上位机传来的命令，来驱动左右轮的速度,从而实现达到控制的目地。
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