足球機(jī)器人軟硬件架構(gòu)和動(dòng)態(tài)環(huán)境下實(shí)時(shí)避障方法研究.pdf

1、近年來隨著RoboCup中型組機(jī)器人足球比賽對抗程度的提高，機(jī)器人所處的環(huán)境體現(xiàn)出更強(qiáng)的動(dòng)態(tài)性和復(fù)雜性。機(jī)器人在硬件架構(gòu)、軟件架構(gòu)和實(shí)時(shí)避障等方面面臨著諸多問題和挑戰(zhàn)。本文針對這三方面問題，以國防科大 NuBot參賽機(jī)器人為平臺(tái)開展了相關(guān)研究。
　　首先，設(shè)計(jì)了基于PC控制技術(shù)的機(jī)器人電氣硬件架構(gòu)。以工業(yè)PC為核心，構(gòu)建了基于EtherCAT總線技術(shù)的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)通信系統(tǒng)；在linux內(nèi)核系統(tǒng)下使用SOEM庫搭建了EtherCAT主

2、站，實(shí)現(xiàn)了PC與底層電機(jī)控制器Elmo的通信。經(jīng)過RoboCup2014的比賽驗(yàn)證，新的機(jī)器人硬件架構(gòu)具有更好的穩(wěn)定性，從 PC到底層控制器的通信延時(shí)更小、實(shí)時(shí)性更高。
　　其次，設(shè)計(jì)了基于機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS的軟件架構(gòu)。分別從常規(guī)機(jī)器人和守門員機(jī)器人兩種不同的硬件架構(gòu)分析了ROS框架下的節(jié)點(diǎn)配置；詳述了機(jī)器人實(shí)時(shí)避障算法在基于ROS的軟件系統(tǒng)框架下的實(shí)現(xiàn)流程。ROS豐富的硬件驅(qū)動(dòng)庫使得機(jī)器人在增加新的傳感器或執(zhí)行器后不必耗費(fèi)大量

3、時(shí)間開發(fā)硬件驅(qū)動(dòng)，并且各個(gè)節(jié)點(diǎn)的代碼單獨(dú)管理互不影響，使機(jī)器人軟件系統(tǒng)構(gòu)建和維護(hù)變得更加高效。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，ROS的實(shí)時(shí)性能夠滿足目前足球機(jī)器人對決策控制和運(yùn)動(dòng)控制的要求。
　　另外，結(jié)合子目標(biāo)點(diǎn)法和三次樣條曲線法的優(yōu)勢提出了一種新的移動(dòng)機(jī)器人實(shí)時(shí)避障方法。首先，迭代應(yīng)用子目標(biāo)點(diǎn)法生成中間點(diǎn)（via-points）；然后應(yīng)用三次 B樣條法對生成的中間點(diǎn)進(jìn)行插值并生成期望的幾何路徑；最后考慮運(yùn)動(dòng)約束將幾何路徑軌跡化，機(jī)器人將跟蹤生成