基于模糊pid和遗传算法的足球机器人路径规划.doc
约79页DOC格式手机打开展开
基于模糊pid和遗传算法的足球机器人路径规划,摘 要足球机器人是当前机器人研究中的一个热点，涉及机器人学、人工智能、智能控制、计算机视觉等多个领域。足球机器人系统作为一个典型的多智能体协作系统，为机器人学、多智能体系统理论研究和技术应用提供了一个理想的实验平台。本文以mirosot机器人足球比赛为背景,以集控式微型足球机器人为研究对象,在分析了足球机器人系统的结构...
内容介绍
此文档由会员 违规15 发布
摘 要
足球机器人是当前机器人研究中的一个热点，涉及机器人学、人工智能、智能控制、计算机视觉等多个领域。足球机器人系统作为一个典型的多智能体协作系统，为机器人学、多智能体系统理论研究和技术应用提供了一个理想的实验平台。
本文以MiroSot机器人足球比赛为背景,以集控式微型足球机器人为研究对象,在分析了足球机器人系统的结构后，重点研究其智能实现的关键部分—决策子系统。对足球机器人策略库的设计、机器人的路径规划、轮式机器人的运动控制等问题进行研究。
首先，本文介绍了足球机器人目前的发展状况，以及足球机器人系统的组成，然后针对足球机器人问题的特点，对传统的决策系统的设计思想进行了研究，分析了常用的决策模型的优缺点，提出采用一种自上而下的分层递阶策略模型。接着在文中建立了差动轮式足球机器人的运动学和动力学模型，并给出了一种基于栅格建模的遗传算法路径规划与模糊PID运动控制方法。随后讨论了决策系统中策略知识库的组成,研究了策略知识库中策略的设计方法，采用以球为中心的区域控制法，设计了足球机器人进攻策略与防守策略等。最后进行了系统仿真实验,并总结了全文、提出了进一步研究的方向。
关键词：足球机器人；决策系统； 路径规划；运动控制；模糊PID；遗传算法
目录
摘 要 I
ABSTRACT II
目录 III
第一章 绪 论 1
1.1 引言 1
1.2 机器人足球的发展现状 1
1.2.1 国外的研究现状 1
1.2.2 国内的研究现状 2
1.3 足球机器人研究的目的与意义 2
1.3.1 研究决策子系统的意义 3
1.3.2 决策系统相关问题研究现状 4
1.4 本论文的研究工作 4
1.4.2论文主要内容 5
第二章 足球机器人系统概述 6
2.1 足球机器人系统的分类 6
2.2 微型（MiroSot）机器人足球比赛系统的简介 8
2.2.1 视觉系统 9
2.2.2 决策子系统 10
2.2.3 无线通信子系统 11
2.2.4 机器人子系统 12
2.3 本章小结 13
第三章 微型足球机器人决策子系统分析与设计 14
3.1 决策子系统分析 14
3.1.1 决策子系统的任务 14
3.1.2 决策子系统的特点 16
3.2 决策子系统的体系结构 17
3.2.1 决策子系统模型 17
3.2.2 自上而下的分层递阶决策推理模型 18
3.3 足球机器人动作设计 22
3.3.1足球机器人动作设计的目的 22
3.3.2足球机器人动作的特点分析 22
3.4 小结 28
第四章 足球机器人的运动控制和路径规划 29
4.1 足球机器人的运动学和动力学模型 29
4.1.1坐标系的建立 29
4.1.2运动学模型 29
4.1.3动力学模型 30
4.2 基于模糊PID的足球机器人运动控制 32
4.2.1 控制系统设计 33
4.2.2 PID控制器设计 33
4.2.3 模糊控制器的设计 34
4.2.3.1 模糊控制器的基本原理 34
4.2.3.2 模糊控制器I的设计 35
4.2.2.3 模糊控制器II的设计 40
4.2.3 控制算法流程图 41
4.2.4 用MATLAB 设计FIS及仿真 42
4.3 基于遗传算法的机器人路径规划 44
4.3.1 遗传算法简介 44
4.3.2利用遗传算法进行路径规划 45
4.3.2.1 规划空间的栅格法建模 45
4.3.2.2 路径规划方法 46
4.3.3 仿真研究 49
4.3.3 结论 49
4.4 小结 50
第五章 策略知识库的设计 51
5.1 引言 51
5.2 策略知识库的组成 51
5.3 机器人足球比赛中的策略 52
5.3.1基本比赛策略的设计 52
5.3.2球队队形的选择 52
5.3.3角色分配与转换 59
5.3.4基本比赛策略 60
5.4 策略库的几种高层策略方案 62
5.5 小结 63
第六章 仿真结果与分析 64
6.1 概述 64
6.2 仿真环境和内容 64
6.3 仿真试验结果 65
6.3.1 基于遗传算法的机器人路径规划仿真 65
6.3.2 足球机器人基本比赛策略的仿真 65
6.4 小结 67
回顾与展望 68
攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得科研成果 69
参考文献 70
致 谢 74
附 录 源代码 75
足球机器人是当前机器人研究中的一个热点，涉及机器人学、人工智能、智能控制、计算机视觉等多个领域。足球机器人系统作为一个典型的多智能体协作系统，为机器人学、多智能体系统理论研究和技术应用提供了一个理想的实验平台。
本文以MiroSot机器人足球比赛为背景,以集控式微型足球机器人为研究对象,在分析了足球机器人系统的结构后，重点研究其智能实现的关键部分—决策子系统。对足球机器人策略库的设计、机器人的路径规划、轮式机器人的运动控制等问题进行研究。
首先，本文介绍了足球机器人目前的发展状况，以及足球机器人系统的组成，然后针对足球机器人问题的特点，对传统的决策系统的设计思想进行了研究，分析了常用的决策模型的优缺点，提出采用一种自上而下的分层递阶策略模型。接着在文中建立了差动轮式足球机器人的运动学和动力学模型，并给出了一种基于栅格建模的遗传算法路径规划与模糊PID运动控制方法。随后讨论了决策系统中策略知识库的组成,研究了策略知识库中策略的设计方法，采用以球为中心的区域控制法，设计了足球机器人进攻策略与防守策略等。最后进行了系统仿真实验,并总结了全文、提出了进一步研究的方向。
关键词：足球机器人；决策系统； 路径规划；运动控制；模糊PID；遗传算法
目录
摘 要 I
ABSTRACT II
目录 III
第一章 绪 论 1
1.1 引言 1
1.2 机器人足球的发展现状 1
1.2.1 国外的研究现状 1
1.2.2 国内的研究现状 2
1.3 足球机器人研究的目的与意义 2
1.3.1 研究决策子系统的意义 3
1.3.2 决策系统相关问题研究现状 4
1.4 本论文的研究工作 4
1.4.2论文主要内容 5
第二章 足球机器人系统概述 6
2.1 足球机器人系统的分类 6
2.2 微型（MiroSot）机器人足球比赛系统的简介 8
2.2.1 视觉系统 9
2.2.2 决策子系统 10
2.2.3 无线通信子系统 11
2.2.4 机器人子系统 12
2.3 本章小结 13
第三章 微型足球机器人决策子系统分析与设计 14
3.1 决策子系统分析 14
3.1.1 决策子系统的任务 14
3.1.2 决策子系统的特点 16
3.2 决策子系统的体系结构 17
3.2.1 决策子系统模型 17
3.2.2 自上而下的分层递阶决策推理模型 18
3.3 足球机器人动作设计 22
3.3.1足球机器人动作设计的目的 22
3.3.2足球机器人动作的特点分析 22
3.4 小结 28
第四章 足球机器人的运动控制和路径规划 29
4.1 足球机器人的运动学和动力学模型 29
4.1.1坐标系的建立 29
4.1.2运动学模型 29
4.1.3动力学模型 30
4.2 基于模糊PID的足球机器人运动控制 32
4.2.1 控制系统设计 33
4.2.2 PID控制器设计 33
4.2.3 模糊控制器的设计 34
4.2.3.1 模糊控制器的基本原理 34
4.2.3.2 模糊控制器I的设计 35
4.2.2.3 模糊控制器II的设计 40
4.2.3 控制算法流程图 41
4.2.4 用MATLAB 设计FIS及仿真 42
4.3 基于遗传算法的机器人路径规划 44
4.3.1 遗传算法简介 44
4.3.2利用遗传算法进行路径规划 45
4.3.2.1 规划空间的栅格法建模 45
4.3.2.2 路径规划方法 46
4.3.3 仿真研究 49
4.3.3 结论 49
4.4 小结 50
第五章 策略知识库的设计 51
5.1 引言 51
5.2 策略知识库的组成 51
5.3 机器人足球比赛中的策略 52
5.3.1基本比赛策略的设计 52
5.3.2球队队形的选择 52
5.3.3角色分配与转换 59
5.3.4基本比赛策略 60
5.4 策略库的几种高层策略方案 62
5.5 小结 63
第六章 仿真结果与分析 64
6.1 概述 64
6.2 仿真环境和内容 64
6.3 仿真试验结果 65
6.3.1 基于遗传算法的机器人路径规划仿真 65
6.3.2 足球机器人基本比赛策略的仿真 65
6.4 小结 67
回顾与展望 68
攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得科研成果 69
参考文献 70
致 谢 74
附 录 源代码 75
