【正文】 我們?cè)谶@個(gè)方向上生成的速度軌跡的設(shè)定時(shí)間。勢(shì)必會(huì)采用使得一個(gè)方向使用最大控制作用，即使用足球機(jī)器人此方向上的最大加速度值最為此方向上的控制作用；而另一個(gè)方向上的控制作用減小到合適的值，使得x方向和y方向上的速度軌跡設(shè)定時(shí)間上相等。從驅(qū)動(dòng)輪機(jī)構(gòu)上來講，一般有雙排全向輪和單排全向輪之分。輪式足球機(jī)器人直線加速時(shí)的受力分析圖(忽略，持球阻力和空氣阻力)。為了消除上述缺陷，采用新單排全向輪，它的優(yōu)點(diǎn)是：摩擦系數(shù)有大幅度的提高；節(jié)省空間，為電機(jī)、減速機(jī)構(gòu)布置提供了方便；單排輪不存在著地點(diǎn)不斷變化的問題。根據(jù)各驅(qū)動(dòng)輪的碼盤反饋信號(hào)，控制各驅(qū)動(dòng)輪達(dá)到的速度矢量分解環(huán)節(jié)設(shè)定的速度值。極限情況，一組驅(qū)動(dòng)輪與地面不接觸，則該驅(qū)動(dòng)輪完全失去了驅(qū)動(dòng)力。下面我們討論如何使用機(jī)器人動(dòng)力學(xué)方程的冗余度來檢測(cè)打滑的驅(qū)動(dòng)輪。．驅(qū)動(dòng)輪控制算法原理機(jī)器人整體速度經(jīng)過速度矢量分解環(huán)節(jié)分解到各組驅(qū)動(dòng)輪上，作為各驅(qū)動(dòng)輪的速度控制量。在需要精確控制軌跡的時(shí)候，如果檢測(cè)到驅(qū)動(dòng)輪打滑現(xiàn)象發(fā)生，則降低機(jī)器人的整體速度來保證軌跡的精確性。也就是說，在實(shí)際的控制中，各組驅(qū)動(dòng)輪由于載荷不等與地面的摩擦力是不同的。在這個(gè)部分中，我們還對(duì)四組驅(qū)動(dòng)輪進(jìn)行了簡單的驅(qū)動(dòng)力控制。但這種結(jié)構(gòu)存在占用空間大，著地點(diǎn)變化等缺點(diǎn)。 (a)雙排全向 (b)單排全向輪 圖45全向驅(qū)動(dòng)輪機(jī)構(gòu)比較全向輪的選擇對(duì)機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)性能的影響至關(guān)重要。正式由于全向機(jī)器人有如此多的優(yōu)點(diǎn)，它逐漸在輪式機(jī)器人的設(shè)計(jì)中占據(jù)越來越大的比例。由公式()和()，我們可知，如果將控制作用減小，生成的速度軌跡的設(shè)定時(shí)間就會(huì)增大；如果將控制作用增大，生成的速度軌跡設(shè)定時(shí)間就會(huì)減小。這樣機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)從總體上就不是一條平滑的曲線，極大的影響機(jī)了器人的尋軌性。即利用上面推導(dǎo)的公式，計(jì)算出從當(dāng)前點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)的最小時(shí)間和臨界點(diǎn)，判斷每個(gè)離散點(diǎn)處于系統(tǒng)正最大控制作用時(shí)刻還是負(fù)最大控制時(shí)刻。因?yàn)檫@三組控制量的控制方程和約束條件類似，故使用變量z代替x進(jìn)行演算。﹑﹑﹑分別為三個(gè)方向上的末位置。機(jī)器人四組驅(qū)動(dòng)輪對(duì)稱分布，使用相同的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。40毫秒后，收到下一條指令后，機(jī)器人的速度控制量隨新的指令而變化。機(jī)器人速度跟隨算法。PWM發(fā)生器將重新開始工作，給儲(chǔ)能電容充電。當(dāng)MOS管導(dǎo)通時(shí)，電源與電感組成一個(gè)回路。如球被控制住的時(shí)候，球會(huì)擋住紅外光，這樣接收管就收不到紅外光，電壓發(fā)生變化。球被擊出時(shí)的速度與控制擊球的MOSFET開關(guān)開啟實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如所示：表35擊球速度與開關(guān)時(shí)間實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表時(shí)間（ms）303336404456637588100150200300速度（cm/s） 5380106132159252291318344371440506505 圖36擊球速度與開關(guān)時(shí)間曲線 ／s，而且曲線基本上可以分為兩個(gè)線性區(qū)域，它們的方程分別是：v= (30≤t≤63) ()v=+(63≤t≤200)t為通電時(shí)間(ms)v為球的速度(cm/s)由于射門和傳球?qū)η蛩僖蟮木炔皇翘貏e高，所以由以上兩個(gè)線性方程就能在控制程序中通過控制電磁鐵打開時(shí)間來控制球的速度，能滿足機(jī)器人傳球和射門的要求。這樣會(huì)長時(shí)間產(chǎn)生較大電流，所以需要選用過電流高的功率MOSFET構(gòu)建H橋電路。兩次計(jì)數(shù)值之差除以兩次計(jì)數(shù)間隔的時(shí)間就可以得到電機(jī)的這段時(shí)間的平均轉(zhuǎn)速。從DSP需要主DSP讀取兩組正交碼盤信號(hào)的時(shí)候，主DSP也是通過SCI發(fā)送給從DSP的。無線通訊模塊I/O SCIRX SCIRXDSP2407 I/O (主) I/OSCIRX SPIMP/MC DSP2407RS (從)程序SRAMIS64M6416程序SRAMIS64M6416SPI SerialEEPROM(SST25VF010)A)碼盤讀數(shù)無限指令控制從DSP運(yùn)行狀態(tài) 圖32主從式DSP硬件結(jié)構(gòu)圖．主從工作模式下的軟件設(shè)計(jì)機(jī)器人的控制系統(tǒng)采用雙DSP的形式，降低了硬件系統(tǒng)的復(fù)雜度。(2)根據(jù)指令分配各驅(qū)動(dòng)輪速度，以定時(shí)中斷方式實(shí)現(xiàn)對(duì)四組驅(qū)動(dòng)輪的速度控制。主要工作原理和方法一片DSP2407為主MCU：(1)主DSP以I/O口連接從DSP的錯(cuò)誤!不能通過編輯域代碼創(chuàng)建對(duì)象。為了解決這一矛盾，在前兩代機(jī)器人控制電路系統(tǒng)中，我們另行設(shè)計(jì)了一塊電路版，使用專門的MCU來以中斷的方式配合無線通訊模塊來進(jìn)行無線指令接收、校驗(yàn)和轉(zhuǎn)發(fā)。系統(tǒng)采用TI的DSP芯片TMS320LF2407A，它屬于TI工公司DSP中專門用于電機(jī)控制的TMS320LF240X系列中的一種。②驅(qū)動(dòng)電路模塊。 (3)足球機(jī)器人控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)分為兩個(gè)：決策控制和運(yùn)動(dòng)控制。彈簧的剛度越大則擊球的爆發(fā)力就越大，而小球受到?jīng)_量的時(shí)間就會(huì)減小。順時(shí)引高速旋轉(zhuǎn)的帶球棍依靠摩擦力帶動(dòng)小球做逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，小球受到的地面的摩擦力與帶球棍的摩擦力的合力指向機(jī)器人本體，當(dāng)足球機(jī)器人前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎時(shí)，小球始終在帶球棍的帶動(dòng)下跟著足球機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，圖29為帶球機(jī)構(gòu)簡圖。 圖28足球機(jī)器人驅(qū)動(dòng)輪設(shè)計(jì)及布置圖1．驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)足球機(jī)器人之所以能全向運(yùn)動(dòng)在于它特殊的驅(qū)動(dòng)輪布置方式和驅(qū)動(dòng)輪機(jī)構(gòu)。在WMR(輪式移動(dòng)機(jī)器人)設(shè)計(jì)有三種類型輪：傳統(tǒng)型輪、全方位型輪和球型輪。為了獲得好的運(yùn)動(dòng)特性，采用四個(gè)輪子，稱為全方位機(jī)器人(Omni directional Robot)，增加靈活性，但同時(shí)也增加了制作和控制的難度。5．強(qiáng)壯性：在機(jī)械設(shè)計(jì)上，機(jī)器人應(yīng)具有較好的勞固性，在激烈的碰撞中不至于發(fā)生機(jī)械變形，各種接插件不能松動(dòng)、脫落。1．尺寸限制：。圖像采集卡上有專用的數(shù)字信號(hào)處理芯片、采用這種方式，圖像采集卡的結(jié)構(gòu)和功能都是根據(jù)不同系統(tǒng)的具體要求來設(shè)計(jì)的，通用性不強(qiáng)，設(shè)計(jì)的周期較長，設(shè)計(jì)的成本也高。采用軟件法時(shí)，圖像采集卡只完成圖像的數(shù)字化轉(zhuǎn)換。2 決策子系統(tǒng)決策子系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的情況，如當(dāng)前得分，誰控制球，對(duì)方的水平等因素安排各自的策略，決定是進(jìn)攻還是防守，再山策略庫做出戰(zhàn)術(shù)部署，策略應(yīng)根據(jù)比賽規(guī)則和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行提取，并存于知識(shí)庫中。1 無線通訊子系統(tǒng)MIROSOT比賽中，上位機(jī)和機(jī)器人之間以無線方式通信。目的是將足球(橘紅色的高爾夫球)撞入對(duì)方球門而力保本方不失球或少失球。任務(wù)層：根據(jù)角色分配表中自己的角色，確定自己的動(dòng)作類型與目標(biāo)坐標(biāo)，更新私有信息庫。不過采用的模式不同，其設(shè)計(jì)方案都不同而已。根據(jù)機(jī)器人的決策部分在整個(gè)系統(tǒng)的作用位置，可以將足球機(jī)器人系統(tǒng)工作模式分為以下兩種：（i）基于視覺的足球機(jī)器人系統(tǒng)(VisionBased Mobile Robot System)；（ii）基于機(jī)器人的足球機(jī)器人系統(tǒng)(RobotBased Mobile Robot System)，而根據(jù)機(jī)器人智能程度，(i)又可以分為：①基于視覺遙控的無智能足球機(jī)器人系統(tǒng)(Remote Brainless VisionBased Mobile Robot System)，簡稱遙控機(jī)器人。它設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于機(jī)器人的軟硬件設(shè)計(jì)。然后簡要介紹足球機(jī)器人的比賽的要求。：首先根據(jù)控制對(duì)象的控制要求來分析系統(tǒng)所需要的硬件結(jié)構(gòu)，然后針對(duì)每一部分進(jìn)行詳細(xì)的電路設(shè)計(jì)分析，最后根據(jù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)通過對(duì)機(jī)器人系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)建模，完成了速度軌跡規(guī)劃，為各種機(jī)器人的速度規(guī)劃提供了一個(gè)方法，再次通過機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)建模，采用PID算法，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的速度控制。機(jī)器人足球成為高科技與體育，學(xué)術(shù)與興趣，科技與娛樂的完美結(jié)合，這便是它發(fā)展的活力所在。RoboCup 中型組足球機(jī)器人比賽是近幾年國內(nèi)外新興的一個(gè)組別,它要求多個(gè)機(jī)器人在完全自主的狀態(tài)下完成控球,傳球, 配合,射門等動(dòng)作,相當(dāng)于一個(gè)分布式多智能體控制系統(tǒng)。在東北大學(xué)機(jī)器人足球隊(duì)自身發(fā)展的同時(shí)也為國內(nèi)十多個(gè)兄弟院校提供軟件硬件系統(tǒng)，致力于促進(jìn)中國的機(jī)器人足球事業(yè)發(fā)展。智能機(jī)器人系統(tǒng)和實(shí)時(shí)規(guī)劃與推理涉及到機(jī)器人的許多方面的內(nèi)容，是人工智能在機(jī)器人上的充分體現(xiàn)，以前還有許多技術(shù)沒有實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵突破。在整個(gè)RoboCup中型機(jī)器人比賽系統(tǒng)中，一共需要八種顏色來區(qū)分物體和邊界，它們分別是：球場(chǎng)表面一綠色、球場(chǎng)線和球場(chǎng)邊界一白色、球一橙色、一方球門一黃色、另一個(gè)方球門一藍(lán)色、機(jī)器人一黑色、一方代表隊(duì)顏色一淺藍(lán)色、另一方代表隊(duì)一紫色。這也是機(jī)器人足球發(fā)展的目標(biāo)。所有的機(jī)器人必須完全自主控制，并且不得在場(chǎng)地外設(shè)置和使用全局傳感器。安徽建筑工業(yè)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 足球機(jī)器人的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1 緒論RoboCup是The Robot world cup Soccer Games的簡稱，1997年正式成立總部設(shè)立在瑞士，現(xiàn)有成員國40多個(gè)。中型組的機(jī)器人是完全自主的，擁有局部視覺系統(tǒng)，多種傳感器，是典型的多智能體分布式控制的測(cè)試平臺(tái)。倡導(dǎo)者們預(yù)言：“到2050年，一個(gè)全部由自主的人形機(jī)器人組成的足球隊(duì)，按照國際足聯(lián)(FIFA)的規(guī)則將與當(dāng)時(shí)的世界杯冠軍隊(duì)進(jìn)行足球比賽，并且要贏得這場(chǎng)人機(jī)大戰(zhàn)的勝利。隊(duì)員機(jī)器人基色為黑色，在頂部帶有一個(gè)標(biāo)志其所屬代表對(duì)的顏色，每個(gè)機(jī)器人的大小大概在505080cm的范圍內(nèi)，重量最多不能超過40kg。多傳感器的信息融合技術(shù)主要包括場(chǎng)外的教練機(jī)如何根據(jù)多個(gè)機(jī)器人通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送來的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行篩選、計(jì)算而得到正確的數(shù)據(jù)，因?yàn)閱蝹€(gè)機(jī)器人得到的信息有可能出現(xiàn)誤差。在經(jīng)歷了2001年的低谷，2002年東大NEWNEU在軟件和硬件方面都有了很大的提高，取得了不錯(cuò)的戰(zhàn)績：5月在韓國舉行的機(jī)器人足球世界杯賽上取得了一項(xiàng)亞軍和兩項(xiàng)季軍；6月全霞錦標(biāo)賽包攬了圈頸冠軍；10月受FIRA總部指派參期予德國舉行的六強(qiáng)邀請(qǐng)賽并獲得了季軍。他們對(duì)于中國的機(jī)器人足球事業(yè)的推動(dòng)和發(fā)展作出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。一年一度的FIRA CUP也同時(shí)召開國際學(xué)術(shù)會(huì)議，推動(dòng)相關(guān)科技的發(fā)展。本課題目的是研究設(shè)計(jì)一種RoboCup中型機(jī)器人控制系統(tǒng)，著重于從電路設(shè)計(jì)方面提高其感應(yīng)靈敏性、響應(yīng)迅速性等。所以本章首先討論機(jī)器人足球賽中型組比賽的系統(tǒng)組成、工作模式及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。Strategies Making subsystemWirelessCommunicationSubsystemSoccer RobotSubsystemplaygroundVisionSubsystem 圖22足球機(jī)器人系統(tǒng)組成原理圖機(jī)器人小車子系統(tǒng)是比賽的本體部分，其性能的好壞直接關(guān)系到比賽的結(jié)果。明白了足球機(jī)器人的系統(tǒng)組成，對(duì)于我們來說，選擇合適的硬件和軟件系統(tǒng)還得考慮機(jī)器人系統(tǒng)的整體工作模式。不過,任何一種模式的機(jī)器人都應(yīng)該具備一些基本模塊:驅(qū)動(dòng)模塊、通訊模塊和CPU控制模塊。協(xié)調(diào)戰(zhàn)術(shù)層：根據(jù)公共信息庫的知識(shí)，從戰(zhàn)術(shù)庫中選擇有利于我方的戰(zhàn)術(shù)，更新球員角色分配表。模式識(shí)別決策子系統(tǒng)數(shù)字圖像視覺子系統(tǒng) 通訊子系統(tǒng)小車子系統(tǒng)RB賽場(chǎng)圖25 足球機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖MIROSOT 機(jī)器人足球比賽的全視圖如圖21所示， m m的機(jī)器人(小車)組成的球隊(duì)，在150cm 130cm球場(chǎng)上自主運(yùn)動(dòng)。這就是實(shí)時(shí)決策和動(dòng)作決策選擇智能體(ASM)。綜上所述，足球機(jī)器人系統(tǒng)中無線通信裝置需滿足以下四點(diǎn)要求頻率可選，通信速率高、性能可靠、體積小。根據(jù)圖像采集卡功能的不同，視覺系統(tǒng)的組成分為軟件法、軟硬件綜合法和硬件法三種方式。目前，多采用DSP技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。且應(yīng)滿足以下幾點(diǎn)技術(shù)要求：滿足尺寸要求：(切線、轉(zhuǎn)速)運(yùn)動(dòng)性能好；反應(yīng)靈活：平穩(wěn)性好；強(qiáng)壯性；可維護(hù)性：制造成本低。這些干擾以及比賽中經(jīng)常出現(xiàn) “頂?！爆F(xiàn)象(電機(jī)堵轉(zhuǎn))，機(jī)器人控制系統(tǒng)硬件線路設(shè)計(jì)都提出了一定的要求。履帶結(jié)構(gòu)直線性能好運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，不會(huì)滑動(dòng)，但轉(zhuǎn)向性能不好、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工制作困難，故不易選用。圖中(b)方式較好，同轉(zhuǎn)!半徑可以為零。機(jī)器人總體結(jié)構(gòu)從上往下分為三部分：最上部分足上色標(biāo)板，用于機(jī)器人視覺系統(tǒng)的識(shí)別機(jī)器人位置、方向及編號(hào)：中間安裝的是控制電路板；最下面是機(jī)器人的機(jī)構(gòu)部分．其主要由車體底盤、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、帶球機(jī)構(gòu)、擊挑球機(jī)構(gòu)組成。根據(jù)這一要求，選擇使用帶球棍旋轉(zhuǎn)摩擦球使球跟隨機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，從而來實(shí)現(xiàn)帶球功能。彈簧擊球瞬間的爆發(fā)力與彈簧的壓縮量和彈簧剛度成正比，彈簧的壓縮量越大則擊球的爆發(fā)力越大，也會(huì)增加給小球沖量的持續(xù)時(shí)間t；但增加彈簧壓縮量使擊球機(jī)構(gòu)尺寸增大，可靠性降低。（2）足球機(jī)器人的系統(tǒng)工作模式，根據(jù)機(jī)器人的決策部分在整個(gè)系統(tǒng)作用位置來決定。MCU模塊可配合無線通訊模塊接收上位機(jī)(PC)發(fā)送的無線通訊信號(hào)，根據(jù)接收到的指令和自身傳感器信息完成對(duì)機(jī)器人的實(shí)時(shí)控制。由于這些處理所需要的運(yùn)算量相對(duì)比較龐大，而且需要使用大量的控制接口，所以一些傳統(tǒng)的簡單運(yùn)算芯片(如8051等)和單片機(jī)無法滿足我們的需求，我們采用運(yùn)算能力相對(duì)強(qiáng)大的DSP芯片。由于驅(qū)動(dòng)輪控制的定時(shí)中斷需要很高的系統(tǒng)開銷，用于機(jī)器人控制的MCU無法以中斷的方式配合無線通訊模塊來進(jìn)行高波特率的無線指令接收和處理。綜合上面的問題，在四輪全向足球機(jī)器人的控制電路設(shè)計(jì)方案中，采用雙DSP2407的來構(gòu)建控制系統(tǒng)。另一片DSP2407為從MCU，其相應(yīng)工作為：(1)接收主DSP處理完畢的無線指令，解析并執(zhí)行指令，控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)、帶球、擊球。必要的時(shí)候可支持控制