【正文】 等芯片控制端。 此外，原有的電路系統(tǒng)中存在內(nèi)部定時器不夠，導(dǎo)致 PWM波頻率無法優(yōu)化的問題。但是增加了一塊電路板，大大的增加電路系統(tǒng)的體積、功耗、復(fù)雜性、可靠性。此外，還有驅(qū)動輪速度分配運算、無線指令校驗解析、傳感器信號處理等工作。它具有以下一些優(yōu)點：運算速度快、運算精度高；體積小、功耗低；指令系統(tǒng)功能強大、高效；存儲空間大、擴(kuò)展簡便；片內(nèi) ―外設(shè) ‖豐富、接口簡單；帶有多個事件管理器方便對電機進(jìn)行控制。 足球機器人電路系統(tǒng)構(gòu)成框圖如圖 3l所示： 安徽建筑工業(yè)學(xué)院 本科 畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 無 線 通 訊 板主 M C U 模 塊 （ 2 4 0 7 ）1 2 V 電 源從 M C U 模 塊 （ 2 4 0 7 ）D C D C1 2 V 5 VF L A S HM E M O R Y紅外傳感器帶球電機擊 挑 球螺 線 管紅外傳感器紅外傳感器紅 外 傳 感 器信 號 處 理 電 路電 機 電 樞電 流 檢 測電 路運 動 電 機 驅(qū) 動 電 路光 耦 隔 離升 壓 電 路1 1 V D C2 2 0 V D C帶 球 電 機驅(qū) 動 電 路擊 挑 球螺 線 管驅(qū) 動 電 路電機編 碼器電機編 碼器電機編 碼器電機編 碼器指 令從 M C U 實 現(xiàn)程 序 下 載I O \ C A N \ S C I指 令 \ 碼 盤 信號低 層 控 制 程 序i \ o供 電放 大 器 信號紅 外 傳 感器控 制 信 號電 機 檢 測電 路編 碼 器 信號i \ op w mi \ o 圖 31 足球機器人電路系統(tǒng)框圖 MCU 模塊設(shè)計 機器人控制 MCU需要完成機器人速度軌跡跟隨控制算法，還需要接收指令、處理多路傳感器信號等。 ③ DCDC升壓電路模塊。該模塊的核心為采用主從工作模式的雙 DSP。 (5)機器人總體結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)設(shè)計 包括：尺寸限制、功能要求運動功能等 (6)機電機構(gòu)設(shè)計 ，驅(qū)動機構(gòu)、帶球機構(gòu)、擊球機構(gòu)。 本章主要對足球機器人的體系結(jié)構(gòu)做了系統(tǒng)設(shè)計 ,主要包括以下內(nèi)容 ： （ 1）足球機器人的系統(tǒng) 原理組成 ，通過機器人小車子系統(tǒng)、視覺子系統(tǒng)、無線通訊子系統(tǒng)、機器人的控制子系統(tǒng)及決策子系統(tǒng)組成構(gòu)成了大的閉環(huán)系統(tǒng)。 電磁鐵機構(gòu)是目前足球機器人擊球機構(gòu)中用的最為普遍的一種機構(gòu)，它的優(yōu)點是力量大，動作頻率高，反應(yīng)速度快，機械機構(gòu)相對簡單可靠。 實踐證明彈簧儲能擊球效果不好，在擊球之前通過電機將彈簧壓縮儲能，擊球時彈簧瞬間釋放能量，先前彈簧儲存的彈性勢能全 部轉(zhuǎn)化為施加給小球的沖量。因為機器人的行走機構(gòu)換了一種全向輪，雖然抓地力更強，但是也帶來了抖動，給帶球機構(gòu)的設(shè)計帶來了很大的麻煩。 帶球機構(gòu) 比賽規(guī)則規(guī)定，帶球機構(gòu)與球面的接觸面積不得超過球面面積的 1/3。四組驅(qū)動輪及電機成一定角度布置存一個 圓 周，通過各驅(qū)動輪的速度矢量合成，機器人可以在平面上實現(xiàn)全自由度運動。它具自特殊的驅(qū)動輪設(shè)計及布置方式，因此它具 備平面上的全自由度運動能力。全方位型輪結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故不常用。四輪的平 面圖 如圖 29所示。 NEU隊采用雙輪式結(jié)構(gòu) ，且輪子為 固 定式的。對于運動部件來說有輪式和履帶式 (Caterpillar Type)可供選擇。維護(hù)性 是 十分重要的。有來自各方 面 的干擾，如賽場強烈的光線照射對機器人障礙檢測的干擾；電機啟制動火花 的 無線通訊及車載計算機的干擾：以及對抗、碰撞等產(chǎn) 生 的干擾。 無線數(shù)字接收 機器人總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 足球機器人是一種無線智能移動小車，為適應(yīng)比賽需要，機器人設(shè)計應(yīng)包括CPU板、通訊模塊、傳動驅(qū)動、傳感器等部分。 4 機 器人車體子系統(tǒng) 機器人車體子系統(tǒng)按照決策系統(tǒng)的意圖去完成一定的行為，在整個系統(tǒng)中，它扮演著執(zhí)行機構(gòu)的角色，機器人車體子系統(tǒng)一般由動力驅(qū)動裝置、通信接收器、CPU和能源系統(tǒng)組成。由于大量的圖像信息都由圖像采集卡來完 成 ，從而減輕了主機的負(fù)擔(dān)，提高了系統(tǒng)的實時處理速度。 采用軟硬件綜合法時，圖像采集卡完成圖像的數(shù)字化轉(zhuǎn)換，圖像壓縮等功能，這種方式的通用性強、成本低、主機處理的圖像信息量可以隨圖像的壓縮比的增大而減少。其中最具代表性的是電荷 耦合 器件攝像頭，簡稱 CCD攝像頭。各種智能算法如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊算法、遺傳算法學(xué)也可以應(yīng)用到構(gòu)造策略庫以及策略選擇進(jìn)程中，系統(tǒng)根據(jù)采取的對策，計劃機器人的任務(wù)，轉(zhuǎn)化為路徑形式，然后發(fā)送出去， 由 一系列的指令決策機器人的運動。此外，由于機器人尺寸的限制，通信裝置的體積不能太大。在這種于視覺的足球機器人系統(tǒng)中，機器人要靠上位機的指 導(dǎo) 來精確和快速完成攻防行為。在此基礎(chǔ)上在開發(fā)出特殊行為，決策層根據(jù)現(xiàn)場狀態(tài)做出決策，具體是對 每 個機器人部署 ， 即選擇動作，再把動作分解成 基 本行為。 球場上 (2m處 )懸掛的攝像機將比賽情況傳入計算機，由預(yù)裝的軟件作出決策，再通過無線通信方式將命令傳給場上的機器人，機器人協(xié)同作戰(zhàn)，雙方對抗，形成一場激烈的足球賽。 決策子系統(tǒng)處理來自視覺的視覺、決策和通訊四個子系統(tǒng)組成，其相互聯(lián) 實時場景辨識數(shù)據(jù)，作出 決策發(fā)出命令，通過無線通訊給機器人小車，決策子系統(tǒng)相當(dāng)于機器人的 ―大腦 ‖，視覺子系統(tǒng)相當(dāng)于機器人的 ―眼睛 ‖，機器人小車相當(dāng)于機器人的 ―手腳 ‖。 底層為足球機器人運動控制部分，它的功能是根據(jù)多智能體協(xié)調(diào)控制部分的給定的 ―任務(wù) ‖控制機器人運動。 信息處理層：處理場上基本信息，經(jīng)過預(yù)測分析，得出綜合信息 并更新舊的公共信息庫為后續(xù)決策提供知識。 ．足球機器人控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 比賽中，機器人足球隊的控制系統(tǒng)根據(jù)其功能層次，可以劃分為決策控制和運動控制兩個層次： 視 覺信 息裁 判信 息信 息 處 理 層機 器 人 運 動 機 構(gòu)協(xié) 調(diào) 戰(zhàn) 術(shù) 層速 度 軌 跡 生 成速 度 軌 跡 跟 蹤任 務(wù) 層動 作 層決策控制運動控制 圖 23足球機器人 運動控制總體結(jié)構(gòu)圖 如上層為決策控制部分，它是一個多智能體系統(tǒng) (Multiagent System)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。這個時候視覺系統(tǒng)就類似于一種傳感器。 這樣我們就可以得到三種足球機器人的系統(tǒng)工作模式 第一種基于視覺遙控的無智能足球機器人系統(tǒng)，它所有的視覺處理、策略決策和位置控制都在主機上完成，就像遙控小車一樣。它的作用就是根據(jù)一定的算法來解析決策系統(tǒng)的指令將它轉(zhuǎn)化為具體的機器人的運動指令，并且控制機器人實現(xiàn)相應(yīng)運動。它的主要任務(wù)是利用攝像頭實時采集比賽場地上的圖像信息，通過圖像卡處理并且辨別這些圖像，得到場地上運動物體 (包括雙方 8個機器人和球 )的相關(guān)數(shù)據(jù)，主要是每個機器人的橫坐標(biāo) x x、縱坐標(biāo) y 和其方向角度 ? ，并且將這些數(shù)據(jù)傳給主機，以供主機上的決策系統(tǒng)進(jìn)行分析決策使用。 下面分別簡要介紹各部分的組成以及系統(tǒng)對各部分的設(shè)計要求。機器人接受到指 令后做出相應(yīng)的動作，從而完成整個工作流程。不同的控制要求決定了不同機器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計和控制策略。 五個機器人在場 上 具有 各 自的角色如：前鋒、后衛(wèi)、守門員，在比賽中分別承擔(dān)不同的任務(wù)。 論文的主要內(nèi)容 中型自主足球機器人賽在 RoboCup 國際機器人足球世界杯中具有重要的地位，中型自主足球機器人要求控制系統(tǒng)感應(yīng)靈敏、響應(yīng)速度準(zhǔn)確、重量輕、體積小。機器人踢足球，看似游戲，其實展示了一個國家信息和自動化技術(shù)的綜合實力。 機器人足球，它以高技術(shù)對抗的形式贏得了學(xué)術(shù)界的認(rèn)同，一些學(xué)術(shù)刊物刊登了機器人足球的專輯，一些有影響的國際學(xué)術(shù)會議也安排了專題討論。因此 ,中型組機器人足球比賽最具挑戰(zhàn)性 ,也最能體現(xiàn)研究單位的科研實力。 今天中國的機器人足球正在逐漸發(fā)展和壯大起來，引起社會各界的極大興趣，國內(nèi)己有幾十所大學(xué)和科研團(tuán)體在開展這方面的研究。國內(nèi)的參賽隊伍 一 般都是參加 RoboCup仿真組比賽。 1999年 8月，東大 NEWNEU IK 出征巴西，參加 世 界杯賽 FIRA CUP’99，獲 MIROSOT第五名，標(biāo)準(zhǔn)動作比賽冠軍，實 現(xiàn) 金牌 ―零 ‖的突破； 1999年 10月，東大 NEWNEU參 加 在 重 慶大學(xué)舉行的第四屆全國大學(xué)生課 外 科技成果 ―挑戰(zhàn)杯 ‖賽，榮獲一等獎； 1999年 11月，東大NEWNEU機器人足球隊參加在哈工大舉行的首屆中國機器人足球錦標(biāo)賽，獲SMIROSOT和 MIROSOT兩項冠軍； 1999年 9月，東大 EWNEU足球機器入系統(tǒng)作為中 國科 技領(lǐng)域的最 高成 就被調(diào)進(jìn)京參加《光輝的歷程 中華人民共和國建國 50周年成就展》； 1999年 10月 NEWNEU足球機器人系統(tǒng)作為國家 863計劃成果參加安徽建筑工業(yè)學(xué)院 本科 畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 在深圳舉行的《中國國際高新技術(shù)成果交易會》： 2021年 3月，遼寧省科委主持了《 威望 足球機器人研究與開發(fā) 》 技術(shù)鑒定會，國內(nèi)權(quán)威專家一致認(rèn)為：該系統(tǒng)―添補 了國內(nèi)空自 ‖， ―達(dá)到國際先進(jìn)水平 ‖。有限帶寬下的通訊技術(shù)主要是機器人之間、機器人和教練機之間的及時通訊技術(shù)，由于現(xiàn)在傳遞的信息不是太多，在現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)條件下可以滿足比賽的要求。所以我們最終采用了機器人視覺用軟件實現(xiàn)的方案。移動機器人的本體設(shè)計和控制技術(shù)以及智能體結(jié)構(gòu)設(shè)計主要涉及到機械加工和自動化控制等方面的內(nèi)容，良好的設(shè)計、精細(xì)的加工等要求都很高。比賽雙方機器人隊員個數(shù)必須相等，并且最多不能超過 11個球員，其中必須有一個守門員機器人。 RoboCup中型組是 RoboCup Soccer中的很重要的一種比賽項目，每屆比賽都有很多世界的知名大學(xué)和科研結(jié)構(gòu)參加，代表了機 器人研究相應(yīng)領(lǐng)域的世界最高水平。足球機器人是在動態(tài)環(huán)境中組建一支高速運動、機動靈活的機器人球隊和一支具有等同實力的機器人球隊的比賽，極具挑戰(zhàn)性 。中型組比賽中機器人的尺寸要求是不超過 ? ? ，重量不超過 75kg。 中型機器人組比賽是 Robocup機器人足球世界杯賽的主要項目之一，自 1997年第一屆 Robocup比賽開始即是正式比賽項目。 RoboCup機器人足球世界杯賽及學(xué)術(shù)大會是國際上級別高、規(guī)模最大、影響最廣泛的機器人足球賽事和學(xué)術(shù)會議，每年舉辦一 次。系統(tǒng)中，主 DSP對從 DSP進(jìn)行管理和控制、雙 DSP配合 ，完成速 度跟隨 控制、無線通訊、傳感器數(shù)據(jù)讀取等任務(wù)。通過四 組 驅(qū)動輪的速度矢量合成，使得機器人跟隨設(shè)定的速度軌跡。該算法可 以對機 器人 同時 完 成 或位 置控制和速度控制 ， 并且控制時間最優(yōu) 。安徽建筑工業(yè)學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計 （論 文） 課 題： 足球機器人的控制系統(tǒng)設(shè)計 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 班 級： 06 城建機械 1 班 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 06290070119 指導(dǎo)教師： 2021 年 6 月 8 日 安徽建筑工業(yè)學(xué)院 本科 畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 摘要 本文主要介紹了對遙輪足球機器人運動控制 算 法的 研 究。該算法分為兩個部分：機器人速度軌跡生成算法和機器人速度軌跡跟隨算法。實驗 表明該速度控制 算 法完全滿足 控制足球機器人運動快 速 、 準(zhǔn)確 、靈活的控制要 求 。該方案 傳 統(tǒng)方 案相比，更加穩(wěn)定、實用、可靠，功能更強。 1996年，RoboCup國際聯(lián)合會在日本成立，并于 1996年舉行了表演賽，同時決定以后每年舉辦一屆。中型組的機器人是完全自主的，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試平臺。機器人之間可以通過無線網(wǎng)