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智能足球机器人

摘要:智能化是计算机发展的必然趋势,人工智能领域的研究越来越受到重视,近几年人工智能成为研究热点之一。而智能足球机器人集多种先进技术于一身,为智能体系统的理论研究和模型测试提供了一个标准的实验平台。本文主要分析了智能足球机器人的各种系统组成与作用。
关键词:智能机器人驱动系统控制系统感知系统通信系统
引言:智能足球机器人的体积一般较小,集成程度较高。其移动方式大多为车轮式移动,而单片机常作为其核心的控制器件,小型直流电机则作为动力驱动,感知系统则大部分依赖视觉系统和其他传感器。另外通过软件编程实现对智能机器人行进、绕障、停止等的精确控制和检测数据的存储、显示、执行。它融合了人工智能、智能控制、实时视觉、无线通讯、机电一体化等多学科知识。机器人足球本身是一个典型的智能体系统,对其的研究具有深远意义。
一、智能足球机器人的总体介绍
足球智能机器人系统是多个机器人活动在一个实时、噪声以及对抗性的复杂环境下,通过协作、配合朝一个共同的目标行动。它包括:智能机器人系统、智能体数据结构设计多智能系统、实时图像处理与模式识别、移动机器人技术、机器的传动与控制、传感器与数据融合和无线通讯等等。中型组足球机器人比赛是近几年国内外新兴一个组别,它要求多个机器人在完全自主的状态下完成控球,传球,配合,射门等动作,相当于一个分布式多智能体控制系统。其中需要解决的关键问题包括,图像采集以及信号处理,路径规划,无线通讯,控制决策,多传感器信息融合等技术。
因此足球机器人大致由四个子系统构成:实时多目标跟踪的视觉子系统,基于人工智能的决策子系统,无线通讯子系统,机器人小车子系统。本文将分别讨论其小车驱动系统,感知系统,控制系统(即决策系统)和通信系统。
二、智能足球机器人的驱动系统
智能足球机器人一般有履带式、轮式、步行式等,步行式相对来说智能化水平高而且对结构要求也较高。履带式的运动则比较平稳。然而一般足球智能机器人都采用轮式,轮式相对履带式简便灵活,适应能力高。而其驱动系统最普遍的就是运用小型直流电机,在机器人底层平台的伺服驱动部分,用普通的直流电机加上磁性编码器(码盘)取代昂贵的伺服电机系统,成功实现电机的闭环控制、采用模块化双重嵌入式结构,电机嵌入电机安装套中,电机安装套通过推力球轴承、止推环和挡圈嵌入橡胶车轮中,同时起到车轮轴的作用,轴承止推法兰盘与电机安装套连接起轴承限位功能,电机驱动法兰盘通过安装螺孔连接在橡胶车轮上,其中心有一键槽孔以连接电机轴。当电机转动时,电机轴带动电机驱动法兰盘同步转动,继而驱动车轮,从而实现电机对车轮的同步直接驱动。整套驱动装置通过电机安装套底部的外伸法兰盘接口与机器人车体连接。这种驱动结构不仅结构紧凑,而且具有定位准确、磨损小、抗冲击性好、移植性很强的特点。除此外软件的设计也对驱动系统有较大的影响,采用反馈等对驱动加以调节,使得运动平稳,准确。同时将机器人的速度和位置信息,通过串口通讯反馈给控制系统,实现闭环控制。足球机器人驱动控制系统的实时性和鲁棒性是决定其性能优劣的决定因素,,对足球机器人的基本避碰、避障功能,以及射门技能,进行了实验和比赛。结果表明,机器人具有较好的环境适应能力。同时,这些结果从另一方面也验证了驱动控制系统