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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- RoboCup小型組足球機(jī)器人競賽及實(shí)驗(yàn)平臺
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 小型組輪式機(jī)器人足球比賽是RoboCup機(jī)器人足球世界杯賽的主要項(xiàng)目之一，同時(shí)也是機(jī)器人技術(shù)和人工智能理論的良好的實(shí)驗(yàn)平臺。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)制作的RoboCup小型組足球機(jī)器人競賽及實(shí)驗(yàn)平臺，可作為小型組足球機(jī)器人競賽的標(biāo)準(zhǔn)平臺推廣應(yīng)用，也可以作為功能完備的競賽系統(tǒng)直接參加機(jī)器人足球比賽，還可在此基礎(chǔ)上開展機(jī)器人技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究，為機(jī)器人技術(shù)新算法、新模型提供創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺。
- 詳細(xì)介紹：
- 該平臺從機(jī)器人足球比賽和實(shí)驗(yàn)研究的實(shí)際需求出發(fā)，制作了四輪蝶形分布的機(jī)器人運(yùn)動機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人的多自由度全向移動，并設(shè)計(jì)了控球、擊球等機(jī)械機(jī)構(gòu)；針對運(yùn)動機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)研究了機(jī)器人的運(yùn)動控制算法，設(shè)計(jì)了以ARM和FPGA為核心的機(jī)器人的底層控制系統(tǒng)，構(gòu)建了穩(wěn)定可靠的機(jī)器人子系統(tǒng)；基于畸變校正、目標(biāo)分割、圖像識別等圖像處理方法開發(fā)了適合于實(shí)驗(yàn)室場地的機(jī)器視覺系統(tǒng)；編寫了機(jī)器人自主決策系統(tǒng)，對機(jī)器人行為進(jìn)行預(yù)測判斷、提供決策庫支持、實(shí)現(xiàn)動態(tài)環(huán)境下的全局路徑規(guī)劃；設(shè)計(jì)了2.4G射頻通信模塊，構(gòu)建該平臺的無線通信系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人子系統(tǒng)與上層決策控制系統(tǒng)之間的信息交換；此外，本平臺還使用“平臺/插件”軟件體系構(gòu)建了RoboCup小型組足球機(jī)器人的開放式仿真系統(tǒng)。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 創(chuàng)新點(diǎn)： RoboCup小型組足球機(jī)器人競賽及實(shí)驗(yàn)平臺相比其他小型組足球機(jī)器人競賽系統(tǒng)，具有如下優(yōu)勢： (1) 優(yōu)越的機(jī)器人性能：通過對機(jī)械結(jié)構(gòu)、硬件電路和底層控制算法的深入研究和優(yōu)化，本平臺制作了機(jī)械性能優(yōu)良的行走機(jī)構(gòu)、控球機(jī)構(gòu)、擊球和挑球機(jī)構(gòu)，并設(shè)計(jì)了穩(wěn)定可靠的控制電路和先進(jìn)的機(jī)器人底層控制算法，提高了機(jī)器人的運(yùn)動性能、執(zhí)行能力和控制精度。 (2) 先進(jìn)的視覺系統(tǒng)：本平臺在畸變校正和圖像分割的基礎(chǔ)上，進(jìn)行圖像識別和信息融合，提高了定位精度，并具有良好的環(huán)境適應(yīng)能力。 (3) 開放仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)：本平臺基于“平臺/插件”軟件體系結(jié)構(gòu)建立了開放式仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)替代了實(shí)體機(jī)器人的角色，為決策系統(tǒng)提供一個(gè)算法研究驗(yàn)證平臺，可以脫離實(shí)體機(jī)器人的具體硬件環(huán)境，直接在決策調(diào)度層面上實(shí)現(xiàn)策略仿真。 技術(shù)關(guān)鍵： (1)輪式機(jī)器人運(yùn)動控制方法的研究 (2)視覺系統(tǒng)的目標(biāo)識別算法的實(shí)現(xiàn) 主要技術(shù)指標(biāo)： (1)機(jī)器人尺寸/重量：φ180×150mm/2.5kg (2)最大速度：2.5m/s (3)最大加速度：7m/s2 (4)擊球速度：10m/s (5)挑球高度/距離：92cm/377cm (6)位置精度：1cm (7)角度誤差：小于3度 (8)運(yùn)動控制：機(jī)器人的移動、旋轉(zhuǎn)、避障等基本行為，提供運(yùn)動庫支持 (9)控制策略：多Agent的機(jī)器人角色驅(qū)動，提供策略庫支持
科學(xué)性、先進(jìn)性
- (1) 制作了四輪蝶形分布的機(jī)器人運(yùn)動機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人的多自由度全向移動，將小型組足球機(jī)器人最大速度提升到2.5m/s ，最大加速度提高到7m/s2； (2) 優(yōu)化傳射機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，使擊球速度達(dá)到10m/s，挑球高度可達(dá)92cm，最遠(yuǎn)距離377cm； (3) 在畸變校正和圖像分割的基礎(chǔ)上，進(jìn)行圖像識別和信息融合，提高了視覺系統(tǒng)定位精度，機(jī)器人定位精度達(dá)1cm，角度誤差小于3度，對環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，無需專用光源； (4) 建立了開放式仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，可以脫離實(shí)體機(jī)器人的具體硬件環(huán)境，直接在決策調(diào)度層面上實(shí)現(xiàn)策略仿真。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2009年，中國機(jī)器人大賽暨RoboCup中國公開賽，全國冠軍； 2010年，中國機(jī)器人大賽暨RoboCup中國公開賽，全國冠軍。
作品所處階段
- 中試階段： 該平臺正在與教學(xué)和科研機(jī)器人廠商合作進(jìn)行產(chǎn)品轉(zhuǎn)化，以期在更大范圍內(nèi)得到推廣應(yīng)用
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 專利授權(quán)、合作生產(chǎn)
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品；現(xiàn)場演示；圖片；錄像
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- RoboCup小型組足球機(jī)器人競賽及實(shí)驗(yàn)平臺性能優(yōu)良、穩(wěn)定可靠、可擴(kuò)展性強(qiáng)，可以作為RoboCup小型組足球機(jī)器人競賽的標(biāo)準(zhǔn)平臺推廣應(yīng)用，也可以作為功能完備的競賽系統(tǒng)直接參加機(jī)器人足球比賽。本系統(tǒng)還提供了豐富的接口調(diào)用和開放的仿真實(shí)驗(yàn)平臺，在此基礎(chǔ)上能夠開展機(jī)器人運(yùn)動控制、計(jì)算機(jī)視覺定位、人工智能、決策庫、路徑規(guī)劃與避障算法等實(shí)驗(yàn)研究，既可以作為相關(guān)理論的驗(yàn)證工具，又能為學(xué)生及科研人員新算法、新模型提供創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺，從而提高小型組足球機(jī)器人競賽水平，推進(jìn)機(jī)器人技術(shù)和人工智能理論的發(fā)展進(jìn)步。 目前，該平臺正在與教學(xué)和科研機(jī)器人廠商合作進(jìn)行產(chǎn)品轉(zhuǎn)化，以期在更大范圍內(nèi)得到推廣應(yīng)用，擔(dān)當(dāng)基礎(chǔ)研究與工程試驗(yàn)?zāi)酥翆?shí)際應(yīng)用的中介和橋梁，促進(jìn)產(chǎn)、學(xué)、研相結(jié)合，有效推動相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域發(fā)展。
同類課題研究水平概述
- 美國Cornell大學(xué)是小型組足球機(jī)器人研究的先驅(qū)者，先后研制成功了三代機(jī)器人競賽和實(shí)驗(yàn)平臺。第一代產(chǎn)品使用完全性約束的三輪全方位驅(qū)動的行走機(jī)構(gòu)，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的控制算法，為三輪全方位驅(qū)動機(jī)器人的理論研究和實(shí)用化奠定了基礎(chǔ)；第二代平臺則開始使用較為原始的四輪全方位運(yùn)動機(jī)構(gòu)，具有更大的運(yùn)動速度和加速度，并在機(jī)器人的底層控制算法和決策系統(tǒng)的架構(gòu)上進(jìn)行了較為深入的研究；第三代機(jī)器人平臺進(jìn)行了分布式?jīng)Q策的嘗試，計(jì)算機(jī)把攝像頭采集到的場上信息經(jīng)過簡單處理后發(fā)給機(jī)器人，這種模式向分布式多智能體方向邁進(jìn)了一步，由于這種創(chuàng)新設(shè)計(jì)不夠健壯，最終在比賽和實(shí)際應(yīng)用中沒有發(fā)揮出預(yù)期的效果。 美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)也在小型組足球機(jī)器人領(lǐng)域進(jìn)行了較多的研究，卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的CMDragons平臺在Corenll大學(xué)研究成果的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了較為完善的決策系統(tǒng)，優(yōu)化了決策系統(tǒng)的整體架構(gòu)以及機(jī)器人策略、角色分配、路徑規(guī)劃和底層控制的算法。同時(shí)在機(jī)器視覺的改進(jìn)上進(jìn)行了大量的探索，較好地滿足了機(jī)器人足球比賽對視覺定位系統(tǒng)的要求。然而，CMU較為陳舊的機(jī)械結(jié)構(gòu)等因素限制了該機(jī)器人平臺性能的發(fā)揮。 泰國農(nóng)業(yè)大學(xué)是小型組機(jī)器人領(lǐng)域的后起之秀，泰國農(nóng)業(yè)大學(xué)的Skuba機(jī)器人平臺使用簡單而又結(jié)構(gòu)化的機(jī)械機(jī)構(gòu)搭建了機(jī)器人機(jī)身，并憑借精準(zhǔn)的底層控制和巧妙的戰(zhàn)術(shù)配合在競賽中有較好的表現(xiàn)，Skuba平臺繼承和發(fā)展了卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的視覺系統(tǒng)，在定位精度和響應(yīng)時(shí)間上都有了較大的提高。目前Skuba平臺還沒有針對試驗(yàn)和科研等開放性應(yīng)用進(jìn)行專門設(shè)計(jì)。 除此之外，在機(jī)器人競賽和實(shí)驗(yàn)、科研中比較常見的機(jī)器人平臺還有博創(chuàng)科技公司的旅行家3號和未來伙伴機(jī)器人公司的AS-RO機(jī)器人。這兩種機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺均采用三輪全向移動方式，憑借強(qiáng)大的動力系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的高速運(yùn)動。此外，這兩種機(jī)器人還采用了全景攝像機(jī)圖像采集系統(tǒng)，機(jī)器人作為獨(dú)立智能體擁有獨(dú)立視覺處理系統(tǒng)，而控制系統(tǒng)則有安裝在機(jī)器人機(jī)身上的筆記本電腦或者PC104工控計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)。這兩種機(jī)器人均屬于中型機(jī)器人，成本較高，且對活動場地要求較高，不便于在室內(nèi)環(huán)境下使用，運(yùn)動靈活程度遜于小型組機(jī)器人，因此在實(shí)驗(yàn)室充當(dāng)機(jī)器人平臺具有一定的局限性。
