足球机器人路径规划与防御策略研究及软件实现

论文摘要

机器人运动的路径规划和防御策略研究是足球机器人技术中一个最关键最基本的课题,是解决机器人怎样在环境中适应行走、进行进攻及积极防御等方面的重要问题,是一个综合性的研究课题。本文针对足球机器人的路径规划、防御拦截策略等运功控制策略问题开展研究,并经过仿真验证证明了研究中提出的理论和方法的正确性、有效性。论文主要完成了以下工作：（1）提出了足球机器人基于划分区域优化节点的蚁群算法路径规划方法,以解决蚁群算法在初始阶段执行效率低、算法在寻解过程计算量大,路径杂乱无章、易于陷入局部最优解等缺点。通过动态创建优化后的城市节点的数目和位置,可以减少蚁群数量和算法迭代次数,提高了算法的执行效率。模拟仿真成功应用于机器人路径规划设计中,结果表明该方法有效且可行,开辟了一条改进蚁群算法的新途径。（2）在对足球机器人控制系统进行分析的基础上,从防御策略规划的角度出发,研究了足球机器人分区域拦截方法。通过建立非线性规划数学模型,运用运筹学理论对“拦截—拦截”和“拦截—评估—拦截”两种基本的防御拦截方法进行分析,以防御策略对机器人小球的漏截率和拦截机器人的消耗量为指标,比较分区域的两种防御拦截方法的优缺点,并提出了在满足一定条件下的最优防御拦截方法。（3）提出了一种改进的“预测-规划-执行”拦截算法。通过预测机动目标的运动轨迹,首先采用一种快速简便地确定粗略拦截位置的试探方法。在此基础上再确定机器人的控制速度和精确拦截位置,控制机器人朝拦截位置运动。最后,仿真计算结果表明,所提算法可以准确有效地拦截运动目标,并应用于机器人足球比赛。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题依据
• 1.1.1 选题背景
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 足球机器人路径规划策略的研究现状
• 1.2.2 足球机器人防御策略的研究现状
• 1.3 足球机器人技术的应用
• 1.4 论文结构及主要内容安排
• 第二章 机器人足球运动控制策略及数学仿真
• 2.1 机器人足球系统介绍
• 2.2 机器人足球基本运动控制策略
• 2.3 机器人足球系统仿真中的数学模型
• 2.4 本章结论
• 第三章 分区域优化节点的机器人蚁群算法路径规划
• 3.1 引言
• 3.2 ACO基本原理
• 3.3 栅格法基本原理
• 3.4 划分区域优化节点机器人路径规划的基本原理
• 3.5 基于优化节点的蚁群算法实验仿真
• 3.6 本章结论
• 第四章 足球机器人分区域拦截防御方法的研究
• 4.1 引言
• 4.2 分区域拦截方法简介
• 4.3 数学模型的建立
• 4.3.1 非线性规划模型原理
• 4.3.2 数学建模
• 4.4 分析与计算
• 4.4.1 拦截消耗量的比较
• 4.4.2 漏截率的比较
• 4.4.3 结果分析
• 4.5 评估体系建立
• 4.6 本章结论
• 第五章 足球机器人仿真平台及实现
• 5.1 开发平台介绍
• 5.2 仿真平台结构
• 5.3 可扩展功能
• 5.4 控制面板及仿真环境介绍
• 5.5 软件仿真系统设计框图
• 5.5.1 足球机器人软件仿真系统架构
• 5.5.2 系统仿真事务处理层
• 5.5.3 路径规划软件仿真实现流程图
• 5.6 本章结论
• 第六章 论文结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要的研究成果目录
• 附录 （代码）