機(jī)器人足球競賽與設(shè)計(jì)技術(shù)

前言

機(jī)器人足球競賽是近年來國際上迅速開展起來的一種高科技對抗活動，它涉及人工智能、智能控制、機(jī)器人、通信、機(jī)械、傳感等多個領(lǐng)域的前沿研究和技術(shù)融合。它集高技術(shù)對抗、娛樂和比賽于一體，引起了全世界的廣泛關(guān)注和極大興趣。當(dāng)前，國際上有FIRA和 Robot Cup兩個系列的機(jī)器人足球比賽。從其開始舉辦至今已有十余年，這項(xiàng)高科技活動開展得很廣泛，影響面也很大。但是到目前為止還很少看到有書能較全面地介紹機(jī)器人足球比賽，大多都還是停留在一些零散的文章和資料上。為了能讓更多的人，更好地了解這項(xiàng)活動，更好地參與到這項(xiàng)研究中來，作者特地編寫了本書以全面介紹機(jī)器人足球比賽。全書共分為7章。第1章全面介紹了機(jī)器人足球和機(jī)器人足球比賽的起源，當(dāng)前國際機(jī)器人足球比賽組織，比賽的發(fā)展歷史，機(jī)器人足球的研究意義；當(dāng)前機(jī)器人足球的發(fā)展現(xiàn)狀；機(jī)器人足球的各比賽項(xiàng)目的內(nèi)容和狀況。第2章介紹了機(jī)器人足球系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)、視覺子系統(tǒng)、通信子系統(tǒng)、機(jī)器人子系統(tǒng)、策略子系統(tǒng)；還分別介紹了MiroSot比賽的3vs3、5vs5、11vsll的比賽規(guī)則。第3章介紹了足球機(jī)器人系統(tǒng)的仿真目的和足球機(jī)器人仿真技術(shù)；仿真平臺的實(shí)際意義和本質(zhì)；現(xiàn)有SimuroSot 5vs5仿真平臺的使用、開發(fā)環(huán)境和開發(fā)接口；現(xiàn)有SimuroSot 11vsll仿真平臺的簡介及其規(guī)則。第4章全面介紹了足球機(jī)器人策略系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。分析了足球機(jī)器人小車的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)特性，介紹了足球機(jī)器人的基本動作設(shè)計(jì)算法和技術(shù)動作設(shè)計(jì)，并給出了c++的實(shí)現(xiàn)代碼。介紹了人工勢場法、柵格法、中垂線算法等機(jī)器人路徑規(guī)劃方法；介紹了機(jī)器人角色設(shè)計(jì)、陣形設(shè)計(jì)和足球機(jī)器人策略系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)流程。

內(nèi)容概要

本書全面介紹了當(dāng)前國際機(jī)器人足球的競賽和研究內(nèi)容。本書介紹了足球機(jī)器人系統(tǒng)的各個子系統(tǒng)，半自主足球機(jī)器人競賽規(guī)則，機(jī)器人足球仿真技術(shù)和仿真平臺。本書重點(diǎn)介紹了機(jī)器人足球策略系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，以及人工智能在足球機(jī)器人系統(tǒng)中的一些應(yīng)用。本書還介紹了足球機(jī)器人系統(tǒng)的輔助調(diào)試、分析工具的設(shè)計(jì)和開發(fā)，并給出了一個演示實(shí)例。最后，本書詳細(xì)講解了人形機(jī)器人的構(gòu)建和相關(guān)比賽的設(shè)計(jì)。?    本書適合作為高等院校相關(guān)專業(yè)的教材和參考書，對眾多領(lǐng)域的科研工作者和技術(shù)人員也有很高的參考價值。特別是對機(jī)器人足球競賽有興趣的研究人員，本書提供了大量的實(shí)用價值很高的資料。

書籍目錄

第1章  機(jī)器人足球介紹  1.1  機(jī)器人足球的歷史和意義  1.2  機(jī)器人足球的發(fā)展現(xiàn)狀  1.3  機(jī)器人足球的分類和項(xiàng)目  復(fù)習(xí)與思考第2章  足球機(jī)器人系統(tǒng)   2.1  足球機(jī)器人系統(tǒng)總述  2.2  視覺子系統(tǒng)  2.3  通信子系統(tǒng)  2.4  機(jī)器人子系統(tǒng)  2.5  決策子系統(tǒng)  2.6  MiroSot比賽規(guī)則介紹  復(fù)習(xí)與思考第3章  機(jī)器人足球仿真  3.1  仿真的目的和仿真的技術(shù)方法  3.2  仿真平臺綜述  3.3  Middle League SimuroSot仿真平臺  3.4  SimuroSot 11vs11仿真平臺環(huán)境和規(guī)則  復(fù)習(xí)與思考第4章  機(jī)器人足球策略系統(tǒng)設(shè)計(jì)   4.1  動作設(shè)計(jì)  4.2  機(jī)器人路徑規(guī)劃  4.3  機(jī)器人避障的一種簡單方法  4.4  角色設(shè)計(jì)  4.5  陣形及動態(tài)角色分配設(shè)計(jì)  4.6  決策總體設(shè)計(jì)流程  復(fù)習(xí)與思考第5章  人工智能在足球機(jī)器人系統(tǒng)中的應(yīng)用   5.1  決策樹   5.2  人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用   5.3  遺傳算法的應(yīng)用   復(fù)習(xí)與思考第6章  系統(tǒng)輔助工具的設(shè)計(jì)和開發(fā)   6.1  輔助工具的目的和作用   6.2  系統(tǒng)錄放及分析工具的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)   復(fù)習(xí)與思考第7章  人形機(jī)器人足球介紹   7.1  人形機(jī)器人的組裝   7.2  人形機(jī)器人控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)   7.3  人形機(jī)器人控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)   7.4  人形機(jī)器人的比賽類型及設(shè)計(jì)方法   復(fù)習(xí)與思考參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：第2章 足球機(jī)器人系統(tǒng) 本章簡要介紹了足球機(jī)器人系統(tǒng)的分類，集控式足球機(jī)器人系統(tǒng)的組成、運(yùn)行原理及各個子系統(tǒng)之問的相互關(guān)系和內(nèi)在聯(lián)系，并簡單討論了各個子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和設(shè)計(jì)要求，還介紹了MiroSot的相關(guān)比賽規(guī)則。2.1 足球機(jī)器人系統(tǒng)總述足球機(jī)器人系統(tǒng)是機(jī)器人研究的一個重要分支，屬于可行走智能機(jī)器人系統(tǒng)。目前，它主要的研究方向有集中控制式足球機(jī)器人系統(tǒng)和分布式控制足球機(jī)器人系統(tǒng)。它們都以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人足球運(yùn)動為發(fā)展目標(biāo)，研究動態(tài)規(guī)劃、自動控制、人工智能、計(jì)算機(jī)視覺及其他傳感器融合、無線數(shù)字通信等多學(xué)科領(lǐng)域。構(gòu)建足球機(jī)器人系統(tǒng)有多種方法，在CPU、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感器等系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)軟件如控制算法、策略等方面都不盡相同。根據(jù)足球機(jī)器人系統(tǒng)的工作模式，即決策部分在整個系統(tǒng)中的地位可將足球機(jī)器人系統(tǒng)分為三類。1.基于視覺的集中控制式足球機(jī)器人系統(tǒng)基于視覺的集中控制式足球機(jī)器人系統(tǒng)簡稱集控式足球機(jī)器人系統(tǒng)，又稱基于視覺的遙控?zé)o智能足球機(jī)器人系統(tǒng)(remote brainless vision—based soccer robot system)。在這種系統(tǒng)中，安裝在球場上方的攝像頭攝取賽場上的信息，送至主機(jī)進(jìn)行圖像分析與識別；由充當(dāng)教練員的決策軟件統(tǒng)一決策，形成機(jī)器人的控制命令，然后通過無線通信的方式發(fā)送給機(jī)器人，每個足球機(jī)器人只要負(fù)責(zé)根據(jù)主機(jī)發(fā)送來的運(yùn)動指令實(shí)現(xiàn)要求的動作即可，類似于遙控小車。一般來說，每個機(jī)器人具有驅(qū)動模塊、通信模塊和CPU板，它能夠根據(jù)接收到的主機(jī)發(fā)來的數(shù)據(jù)控制其運(yùn)動方向和速度。這種模式的系統(tǒng)突出了計(jì)算機(jī)視覺與機(jī)電一體化問題，它是向?qū)嵨餀C(jī)器人足球比賽邁出的第一步。此類集控式系統(tǒng)包括FIRA的MiroSot、NaroSot和RoboCup的F180等。

編輯推薦

《機(jī)器人足球競賽與設(shè)計(jì)技術(shù)》：機(jī)器人足球已成為人工智能領(lǐng)域發(fā)展的歷史性目標(biāo)和智能機(jī)器人發(fā)展的代表方向。機(jī)器人足球之所以受到如此重視，就是因?yàn)樽闱驒C(jī)器人涵蓋了諸多的高新技術(shù)，是一項(xiàng)人工智能與機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用基礎(chǔ)研究課題，而機(jī)器人足球比賽便是這些研究成果的公開展示，是一種具有戰(zhàn)略意義的小型高科技對抗平臺。舉行機(jī)器人足球比賽的目的正是為了促進(jìn)分布式人工智能和機(jī)器人領(lǐng)域及相關(guān)各學(xué)科的發(fā)展，進(jìn)而為其相關(guān)技術(shù)在生產(chǎn)及生活中的應(yīng)用打下良好的基礎(chǔ)。世界冠軍團(tuán)隊(duì)傾力打造。

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