RoboCup中型組足球機(jī)器人硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)及視覺系統(tǒng)若干問題研究.pdf

1、“足球機(jī)器人”是人工智能與機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用基礎(chǔ)研究課題，它涵蓋了人工智能、機(jī)器人、實(shí)時(shí)視覺、智能控制和無線電通訊等技術(shù)，受到越來越多的關(guān)注。特別是中型組足球機(jī)器人，要求各個(gè)機(jī)器人都是全自主的，在實(shí)時(shí)的對(duì)抗比賽中，對(duì)其硬件系統(tǒng)的行走機(jī)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)性能，及軟件系統(tǒng)的魯棒性、實(shí)時(shí)性和精確度等都提出了更高的要求。研制出全自主機(jī)器人并且參加比賽，這是一項(xiàng)很有挑戰(zhàn)的課題。足球機(jī)器人系統(tǒng)主要由決策子系統(tǒng)、視覺子系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)和無線通信子系統(tǒng)構(gòu)成，視

2、覺子系統(tǒng)作為足球機(jī)器人感知外界的最重要途徑，其性能的好壞對(duì)機(jī)器人的整體性能有著重要影響。 論文通過分析RoboCup中型組足球機(jī)器人國內(nèi)外研究現(xiàn)狀并學(xué)習(xí)相關(guān)的機(jī)器人技術(shù)，在機(jī)器人硬件平臺(tái)的構(gòu)建和改進(jìn)、機(jī)器人視覺系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)、場地線的提取和分類等方面作了一定的工作和貢獻(xiàn)。論文的具體工作說明如下： （1）作為主要參加人員，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了一套機(jī)器人硬件系統(tǒng)作為機(jī)器人研究的硬件平臺(tái)，并重點(diǎn)完成了全向反射鏡、反射鏡支架和帶球機(jī)構(gòu)

3、等硬件的改進(jìn)工作。該硬件系統(tǒng)采用了國際流行的全向視覺系統(tǒng)及全向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。全向視覺系統(tǒng)可采集到機(jī)器人周圍360度方向的環(huán)境信息，提供了豐富、準(zhǔn)確的視覺信息；全向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)可保障機(jī)器人在復(fù)雜的動(dòng)態(tài)環(huán)境中自如、準(zhǔn)確到達(dá)目標(biāo)位置。通過多次實(shí)驗(yàn)，分析了硬件結(jié)構(gòu)不合理的地方，并對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)。為滿足分辨率不變的要求，重新選用了一款組合反射鏡面；為完善視覺建模，改變了前向鏡頭高度和傾斜度；為減少視覺圖像震蕩，重新設(shè)計(jì)安裝了反射鏡面支撐裝置；為增加帶球可

4、靠性，改進(jìn)了帶球機(jī)構(gòu)。這為檢驗(yàn)相關(guān)算法理論的優(yōu)劣提供了一個(gè)更加良好的硬件平臺(tái)。 （2）基于本硬件平臺(tái)，采用多線程的思想，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了一套全向視覺和前向視覺協(xié)作處理的視覺系統(tǒng)。該全向視覺系統(tǒng)選用受光照明影響較小的YUV顏色空間，增加了視覺識(shí)別算法的穩(wěn)定性；采用基于顏色查找表技術(shù)的像素分類算法和游程長度編碼技術(shù)，大大減少了計(jì)算量，提高了視覺系統(tǒng)的響應(yīng)速度；利用前后兩幀圖像內(nèi)容變化不大的特點(diǎn)，改進(jìn)了球等目標(biāo)的識(shí)別算法，提高了目標(biāo)識(shí)別的

5、速度和精度；使用多線程的編程思想，全向視覺和前向視覺各起一個(gè)線程，根據(jù)實(shí)際情況決定是否掛起或啟動(dòng)前向視覺線程，彌補(bǔ)了全向視覺系統(tǒng)在硬件加工和安裝方面的缺陷，增強(qiáng)了視覺系統(tǒng)的魯棒性。 （3）對(duì)一種半徑掃描提取場地線的方法進(jìn)行了改進(jìn)，并研究了利用場地線進(jìn)行機(jī)器人自定位的問題。機(jī)器人自定位問題是視覺系統(tǒng)研究的重要問題，隨著機(jī)器人足球比賽規(guī)則越來越接近現(xiàn)實(shí)世界，利用場地線進(jìn)行的機(jī)器人自定位也變得舉足輕重。論文在分析研究現(xiàn)有場地線提取算法