足球機器人路徑規(guī)劃研究(碩士論文)

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1、學校代碼：10491研究生學號：中國地質大學碩士學位論文足球機器人路徑規(guī)劃研究碩士生：學科專業(yè)：計算機應用技術導師：二○○六年五月ADissertationSubmittedtoChinaUniversityofGeosciencesfortheDegreeofMasterofEngineeringResearchonPath-planningforSoccerRobotsMasterCandidate：gMajor：ComputerAppliedTechnologySupervisor：ChinaUniversityofGeosciencesWuhanP.R.Chi

2、na作者簡介郭路生，男，生于1972年10月，江西遂川人。主要研究方向：人工智能、機器人足球。課程及成績：英語（含專業(yè)英語）80.3；科社、自然辯證法80.5；體育85；組合數(shù)學80；高級計算機體系結構80；面向對象的程序設計90；算法設計與分析86；經典案例分析81；單片機原理及應用84；VC++程序設計90；Windows組件編程技術75；學分：33;平均成績：82.9專業(yè)方面主要實踐經歷：1)機器人足球仿真比賽路徑規(guī)劃程序2）主持?！把芯可萍紕?chuàng)新與探索基金”資助項目：“機器人足球決策系統(tǒng)的研究與應用”的研究。在校期間，獲得過的獎勵有：1)2005年第六屆中國機

3、器人足球計算機仿真5對5冠軍和仿真11對11一等獎。2)2005年中國地質大學信息工程學院科技論文報告會一等獎。3)2005年中國地質大學科技論文報告會特等獎。4)2005年中國地技大學“紫金科技獎學金”三等獎5)2005年中國地質大學“五四”評優(yōu)“優(yōu)秀研究生干部”在校期間公開發(fā)表的主要學術論文：[1]郭路生，楊林權，呂維先基于Bezier曲線的機器人足球射門算法，《哈爾濱工業(yè)大學學報，2005，7[2]郭路生，呂維先，楊林權.基于時間最優(yōu)的足球機器人路徑規(guī)劃,《哈爾濱工業(yè)大學學報》2005，7研究生學位論文原創(chuàng)性聲明我以誠信聲明：本人呈交的碩士學位論文是在呂維先教授

4、指導下開展研究工作所取得的研究成果。文中關于“基于Bezier曲線的足球機器人射門路徑規(guī)劃”的方法和關于“基于時間最優(yōu)的足球機器人路徑規(guī)劃”的方法系本人獨立研究得出，不包含他人研究成果。所引用他人之思路、方法、觀點、認識均已在參考文獻中明確標注，所引用他人之數(shù)據(jù)、圖件、資料均已征得所有者同意，并且也有明確標注，對論文的完成提供過幫助的有關人員也已在文中說明并致以謝意。學位論文作者（簽字）：簽字日期：　　年　　月　　日足球機器人路徑規(guī)劃研究碩士生：郭路生導師：呂維先摘要足球機器人系統(tǒng)是一個典型的多智能體系統(tǒng)，是一個實時動態(tài)的對抗性的復雜環(huán)境，它為人工智能技術的理論研究和

5、模型測試提供了一個標準的實驗平臺。機器人路徑規(guī)劃是智能機器人的一個重要研究課題，在這樣一個具有高度實時性和競爭性的平臺上研究路徑規(guī)劃是一個很有挑戰(zhàn)性的課題。目前用于路徑規(guī)劃的方法很多，如人工勢場法，柵格法、可視圖法及各種人工智能方法如遺傳算法，神經網絡等等。但這些方法在高度動態(tài)性和實時性環(huán)境中的研究還不太完善，有待進一步改進。本論文以足球機器人系統(tǒng)為研究背景，主要針對系統(tǒng)中的路徑規(guī)劃問題進行深入研究，探索行之有效的方法來解決實際中的路徑規(guī)劃問題。首先，總體介紹了足球機器人系統(tǒng)的體系結構及相關技術，分析了路徑規(guī)劃在整個系統(tǒng)中的重要性，并詳細論述了足球機器人系統(tǒng)環(huán)境模型和

6、足球機器人路徑規(guī)劃的特點。在此基礎上，對傳統(tǒng)的幾種足球機器人路徑規(guī)劃方法進行了研究，分析其優(yōu)缺點和適應條件，重點對人工勢場進行了討論，并對其勢場函數(shù)進行了改進，解決了GNRON問題，并引入速度矢量場以適用動態(tài)的障礙物的回避情況。然后，針對路徑規(guī)劃在足球機器人技術動作實現(xiàn)中的應用，提出基于Bezier曲線的足球機器人動作實現(xiàn)的路徑規(guī)劃方法，把圖形學的Bezier引入到的路徑規(guī)劃中來，根據(jù)機器人當前的位置和方向角以及機器人到達目標點的位置和方向角規(guī)劃出一條平滑的Bezier曲線，然后用帶誤差控制的PID算法進行跟蹤。仿真表明,用此方法后動作實現(xiàn)的準確率及成功率得到了顯著的

7、提高.最后，針對路徑規(guī)劃在足球機器人避障中的應用，提出了一種基于時間最優(yōu)的足球機器人的避障路徑規(guī)劃的方法。該方法用平滑的Bezier曲線代替?zhèn)鹘y(tǒng)的折線作為路徑的描述，能滿足移動機器人的非完整性約束方程，并能使機器人獲得較大的運動速度，然后用遺傳算法對代表路徑的Bezier曲線控制點進行時間尋優(yōu)。遺傳算法的適應值函數(shù)充分考慮了影響機器人運動時間的三個因素：路徑的安全性、長度和平滑度。仿真結果和實際比賽表明了該方法的有效性。在動態(tài)環(huán)境中我們對算法進行了改進，將運動時間劃分成一個個小區(qū)間，預測每一個時間片中的障礙物的位置和避障機器人的可能區(qū)域，構造潛在的碰