【正文】 r Nagy NearOptimal Dynamic Trajectory Generation and Control of an Omni directional Vehicle,《the International Journal of Robotics Research》，2002.[22]. 劉金琨編《先進(jìn)PID控制MATLAB仿真》，北京：電子工業(yè)出版社，2003.[23]. 師黎、孔金生編《反饋控制系統(tǒng)導(dǎo)論》，科學(xué)出版社，2005.[24]. Balk, D. and Mason, M. Time “Time Optimal Trajectories for Bounded Velocity Differential Drive Robots”，《Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics and Automation 》2000年第3期.[25]. Brian Merritt .PWM DC Motor Control Using Timer A of the MSP430 [M] Texas Instruments Incorporated 2003.附錄一 英文科技文獻(xiàn)翻譯英文原文： ROBOT CONTROL SYSTEMRobot is a type of mechantronics equipment which synthesizes the last research achievement of engine and precision engine, microelectronics and puter, automation control and drive, sensor and message dispose and artificial intelligence and so on. With the development of economic and the demand for automation control, robot technology is developed quickly and all types of the robots products are e into being. The practicality use of robot products not only solves the problems which are difficult to operate for human being, but also advances the industrial automation program. At present, the research and development of robot involves several kinds of technology and the robot system configuration is so plex that the cost at large is high which to a certain extent limit the robot abroad use. To development economic practicality and high reliability robot system will be value to robot social application and economy development.With the rapid progress with the contro。參考文獻(xiàn)[1]. 張培仁、張志堅(jiān)、鄭旭東、張華賓編《基于16/32位DSP機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析》，清華大學(xué)出版社，2006.[2]. 余永權(quán)、汪明慧、黃英編《單片機(jī)在控制系統(tǒng)的應(yīng)用》，電子工業(yè)出版社，2003.[3]. RoboCup日本委員會(huì)的公開(kāi)網(wǎng)址：[4].【日】船倉(cāng)一郎、土屋、堯、镼桂太郎著《機(jī)器人控制電子學(xué)》，科學(xué)出版社，2003.[5]. NPO RoboCup日本委員會(huì)主編【日】高橋友一、秋田純一、渡邊正人著《小型機(jī)器人的基礎(chǔ)技術(shù)與制作》，科學(xué)出版社，2003. [6]. 高大志、張春暉、徐心和，“機(jī)器人足球智能機(jī)器人的新領(lǐng)域”，《機(jī)器人》，1998.[7]. 譚民、徐德、侯增廣、王碩、曹志強(qiáng)編著《先進(jìn)機(jī)器人控制》，高等教育出版社，2007年5月.[8]. 張雄偉，曹鐵勇等《DSP芯片的原理與開(kāi)發(fā)應(yīng)用》電子工業(yè)出版社，2001.[9]. Dallas ，TMS320LF/LC24OxA DSP Controllers Reference Guide：System and Peripherals，Texas Instruments, January 2001.[10]. 譚民、王碩、曹志強(qiáng)編《多機(jī)器人系統(tǒng)》，高等教育出版社，2005年4月.[11]. 吳守篇,藏英杰等《電氣傳動(dòng)的脈寬調(diào)制控制技術(shù)》，機(jī)械工業(yè)出版社，1995年1月.[12]. 章云 、謝莉萍、 熊紅艷編《DSP控制器及其應(yīng)用機(jī)》,機(jī)械工業(yè)出版社2001.[13]. 4AM11 data sheet，.[14]. ADXL202 data sheet,.[15]. 劉豹等著《現(xiàn)代控制理論》，機(jī)械工業(yè)出版社1992.[16]. Faiz,N and Agrawal, ， Trajectory Planning of robots with dynamics and inequalities ，《Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics and Automation 》, 2000年第4期.[17]. 李嗣福等編《計(jì)算機(jī)控制基礎(chǔ)》，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2001.[18]．霍偉編著《機(jī)器人動(dòng)力學(xué)與控制》高等教育出版社，2005年1月.[19]. 張翮，熊蓉，褚健等《一種全方位移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)分析與控制實(shí)現(xiàn)》，浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版)，2004.[20].【美】《PIC微控制器應(yīng)用》，科學(xué)出版社，2005.[21]. Tama39。機(jī)器人足球既是一種前沿研究的競(jìng)爭(zhēng)和高技術(shù)對(duì)抗活動(dòng)，又具有與足球類(lèi)似的娛樂(lè)性、觀賞性和刺激性。機(jī)器人足球賽有利于將人工智能研究與實(shí)踐結(jié)合起來(lái)，檢驗(yàn)新思想、新技術(shù)，促進(jìn)相關(guān)科技發(fā)展。因此，在國(guó)際人工智能領(lǐng)域，機(jī)器人足球被越來(lái)越多的人認(rèn)為是未來(lái)50年研究的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題，正如國(guó)際象棋人機(jī)對(duì)抗賽被認(rèn)為是過(guò)去50年研究的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題一樣。仿真機(jī)器人足球賽在標(biāo)準(zhǔn)軟件平臺(tái)上進(jìn)行，平臺(tái)設(shè)計(jì)充分體現(xiàn)了控制、通訊、傳感等方面的實(shí)際限制。事實(shí)上，關(guān)于足球機(jī)器人的研究在國(guó)內(nèi)外還是方興未艾，有著廣闊的研究前景。 對(duì)今后工作的展望由于本人的時(shí)間、精力和學(xué)識(shí)有限，論文也只能從應(yīng)用的角度，來(lái)探討足球機(jī)器人的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。為此，根據(jù)上面的推理模型。在此結(jié)構(gòu)中，底層的執(zhí)行級(jí)用于與控制對(duì)象和環(huán)境交互；最高層用于組織管理，中間層連接上下兩層，進(jìn)行操作行為和協(xié)調(diào)。一般來(lái)說(shuō)，位于高層的模塊負(fù)責(zé)復(fù)雜的判斷和推理操作，其智能化程度較高，而較低層次的模塊用于與外界交互，其智能化程度較低。目前，構(gòu)造足球機(jī)器人系統(tǒng)的體系框架主要有以下三種方法：。足球機(jī)器人決策系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)就是根據(jù)此推理過(guò)程設(shè)計(jì)的。在輪速計(jì)算上，應(yīng)該充分考慮機(jī)器人的機(jī)械特性和平臺(tái)特性，同時(shí)輪速的計(jì)算也涉及足球機(jī)器人的底層運(yùn)動(dòng)控制方法的選擇。機(jī)器人的路徑規(guī)劃方法很多，如人工勢(shì)場(chǎng)法、中垂線法、遺傳算法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。每個(gè)戰(zhàn)術(shù)動(dòng)作的完成，需要調(diào)用多個(gè)技術(shù)動(dòng)作，如一傳一射、二過(guò)一等。這些動(dòng)作為機(jī)器人的個(gè)人動(dòng)作，可以由基本動(dòng)作支持完成。基本動(dòng)作包括到定點(diǎn)(直線運(yùn)動(dòng)和弧線運(yùn)動(dòng))、轉(zhuǎn)角(原地轉(zhuǎn)動(dòng)和邊轉(zhuǎn)邊走)、按照指定方向運(yùn)動(dòng)等。守門(mén)員應(yīng)能根據(jù)球的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)預(yù)測(cè)出球的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，并能迅速移動(dòng)到指定點(diǎn)將球撲出，確保大門(mén)安全。被分配任務(wù)和指定目標(biāo)位置的機(jī)器人要求能夠快速地到其活動(dòng)區(qū)域。視覺(jué)信息角色分配輸入信息預(yù)處理決策庫(kù)動(dòng)作選擇 足球機(jī)器人角色分配示意圖 第四步：目標(biāo)位置確定及動(dòng)作選擇 這一步是賽場(chǎng)戰(zhàn)術(shù)的前提。如：球在對(duì)方半場(chǎng)，我方機(jī)器人控球，則離球近的機(jī)器人為主攻，另一個(gè)機(jī)器人為協(xié)攻；球在我方半場(chǎng)，對(duì)方機(jī)器人控球，則我方離球近的機(jī)器人為主防，另一個(gè)機(jī)器人為協(xié)防；等等。如果在我方半場(chǎng)，對(duì)方控球，則采取防守策略；如果在對(duì)方半場(chǎng)，我方控球，則采取進(jìn)攻策略等等。下面重點(diǎn)闡述各推理的內(nèi)容和算法：第一步：輸入信息預(yù)處理其內(nèi)容包括：與時(shí)刻前的輸入矩陣進(jìn)行比較，以計(jì)算出各實(shí)體（雙方機(jī)器人和足球）的線速度和角速度；計(jì)算各實(shí)體的相對(duì)距離。 左右輪速確定。 目標(biāo)位置確定；216。216。216。推理模型在足球機(jī)器人決策系統(tǒng)設(shè)計(jì)中占有很重要的地位，為足球機(jī)器人決策系統(tǒng)設(shè)計(jì)的提供整體思路上的指導(dǎo)。如果說(shuō)決策子系統(tǒng)充當(dāng)?shù)氖墙叹殕T的職責(zé)，那么對(duì)于機(jī)器人足球而言，教練員是個(gè)盲人，他不是用眼睛看到比賽場(chǎng)景，反映到大腦進(jìn)行形象思維，而是根據(jù)隊(duì)員在比賽場(chǎng)上的位姿和球位置的精確數(shù)據(jù)對(duì)比賽場(chǎng)上的形勢(shì)進(jìn)行分析，所以更多的是依靠邏輯思維來(lái)完成推理過(guò)程。教練員也是一個(gè)盲人，他要靠一個(gè)明眼人來(lái)“觀敵掠陣”，每時(shí)每刻告訴他敵我雙方運(yùn)動(dòng)員及球的位置，然后做出判斷與決策，指揮盲人運(yùn)動(dòng)員行動(dòng)。由于比賽過(guò)程中人不直接參與，而機(jī)器人的眼、腦、腿又是相對(duì)分離的，這時(shí)的比賽過(guò)程就猶如三個(gè)盲人在場(chǎng)上踢球。因?yàn)榍驁?chǎng)小，攻守態(tài)勢(shì)一目了然，球員少，動(dòng)作簡(jiǎn)單，隊(duì)形變化與戰(zhàn)術(shù)構(gòu)成也都相對(duì)簡(jiǎn)單，大不了就是一場(chǎng)三人足球賽。在攻防轉(zhuǎn)換的期間，機(jī)器人動(dòng)作需要多次變動(dòng)，除了機(jī)器人的體能被大量消耗外，多機(jī)器人之間合作和協(xié)調(diào)也會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題。3. 人自為戰(zhàn)法：在持球者確定后分兩種情況決定下一步的策略：—是，如果持球者成功控球，此時(shí)球隊(duì)為進(jìn)攻方，可確定球隊(duì)的進(jìn)攻策略；二是持球者控球失敗，此時(shí)由進(jìn)攻方轉(zhuǎn)為防守方。該方法可以很好的判斷出小球的控制權(quán)，但是它卻增加了策略的運(yùn)行計(jì)算時(shí)間。若小球是移動(dòng)的，則在控制區(qū)域內(nèi)引入時(shí)間約束，此時(shí)，根據(jù)小球進(jìn)入和離開(kāi)控制區(qū)域的時(shí)間、球的路徑是否包括在時(shí)間約束的區(qū)域內(nèi)、并持續(xù)了某一有限長(zhǎng)度時(shí)間，來(lái)判斷選手是否真正地控制球?？煽貐^(qū)域指一個(gè)選手能優(yōu)于其他選手達(dá)到的所有區(qū)域。但是，由于每個(gè)機(jī)器人的角色固定，使得球隊(duì)的戰(zhàn)略決策顯得有些死板，特別是基于區(qū)域的角色分配方法，由于每個(gè)機(jī)器人被安置在固定區(qū)域中，機(jī)器人在本區(qū)域中盡忠職守，不越“雷池”半步，即使小球處于自由狀態(tài)，但只要小球不在本區(qū)域中，機(jī)器人也不會(huì)去組織進(jìn)攻?；趨^(qū)域的角色分配就是將機(jī)器人的比賽場(chǎng)地劃分為一些區(qū)域，在不同的區(qū)域中，每個(gè)機(jī)器人的優(yōu)先級(jí)不同，具有最高優(yōu)先級(jí)的機(jī)器人有權(quán)選擇動(dòng)作，而其它機(jī)器人的動(dòng)作要配合最高優(yōu)先級(jí)機(jī)器人，以避免機(jī)器人之間的沖突。1. 角色分配法：角色分配法又分為基于現(xiàn)場(chǎng)情況的角色分配和基于區(qū)域的角色分配。全局控制器內(nèi)部采用分層結(jié)構(gòu)，控制流程是從上至下的，數(shù)據(jù)流是單向的，執(zhí)行過(guò)程流暢高效。為此本文仍以集中式的決策結(jié)構(gòu)來(lái)研究機(jī)器人足球系統(tǒng)相關(guān)問(wèn)題。 設(shè)法使得系統(tǒng)有自組織自學(xué)習(xí)的功能。 可多路選擇，使系統(tǒng)操作具有較大的靈活性(開(kāi)球方式、本隊(duì)策略等)。 開(kāi)放式結(jié)構(gòu)，具有良好的可擴(kuò)展性。 程序設(shè)計(jì)要結(jié)構(gòu)化、層次化、模塊化。 使系統(tǒng)具有一定的冗余度，提高容錯(cuò)性。 保證系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)，提高系統(tǒng)魯棒性和可控性。 決策系統(tǒng)設(shè)計(jì)要兼顧實(shí)時(shí)性和精確性。u 經(jīng)驗(yàn)要逐漸的積累，知識(shí)要逐漸豐富，策略在逐步發(fā)展。上下層的區(qū)別與關(guān)系:上層進(jìn)行決策對(duì)策為下層提供任務(wù)規(guī)劃和目標(biāo)點(diǎn)設(shè)定，下層是具體任務(wù)實(shí)現(xiàn)。u 體現(xiàn)了智能控制系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu):上層智能決策——隊(duì)形、角色、動(dòng)作選擇。 決策子系統(tǒng)的特點(diǎn)足球機(jī)器人決策系統(tǒng)具有如下特點(diǎn):u f是非常復(fù)雜、非結(jié)構(gòu)化的函數(shù)關(guān)系，體現(xiàn)教練員、運(yùn)動(dòng)員的決策過(guò)程，顯然解不唯一。決策子系統(tǒng)的輸入是場(chǎng)上足球機(jī)器人與球的位姿信息和比賽統(tǒng)計(jì)信息，輸出為我方隊(duì)員運(yùn)動(dòng)速度的給定值。決策系統(tǒng)的輸出量用來(lái)指揮本方球員的行動(dòng)，它由34的矩陣組成：其中第一行向量分別表示我方機(jī)器人R1的左右輪速度和左右輪的位移量，第二行向量分別表示我方機(jī)器人R2的左右輪速度和左右輪的位移量，第三行向量分別表示我方機(jī)器人R3的左右輪速度和左右輪的位移量。視覺(jué)系統(tǒng)辨識(shí)數(shù)據(jù)微型足球機(jī)器人決策系統(tǒng)人機(jī)界面設(shè)定機(jī)器人左右輪速度設(shè)定辨識(shí)數(shù)據(jù)，決策系統(tǒng)是一個(gè)知識(shí)型系統(tǒng)，有如下關(guān)系:O=f (I)其中，I矩陣是視覺(jué)輸出的數(shù)據(jù)，為場(chǎng)上物體的位姿，O矩陣是決策輸出數(shù)據(jù)，為我方機(jī)器人的左右輪速設(shè)定，n為我方機(jī)器人的數(shù)目。如何將教練員的決策思維過(guò)程形式化、規(guī)范化，并用計(jì)算機(jī)程序表現(xiàn)出來(lái)，這屬于知識(shí)工程的范疇，嶄新的前沿領(lǐng)域。人類(lèi)對(duì)球場(chǎng)信息的處理通常是在模糊概念上，如:遠(yuǎn)、近、快、慢、有利、無(wú)利??，用自然語(yǔ)言進(jìn)行推理、決斷。: R1～R3為我方機(jī)器人在左半場(chǎng)，向右進(jìn)攻，人類(lèi)教練員會(huì)立即看出R1隊(duì)員進(jìn)攻位置比 反映比賽瞬間態(tài)勢(shì)的示意圖較好，應(yīng)該進(jìn)行射門(mén)。足球機(jī)器人賽場(chǎng)上，決策者也應(yīng)該根據(jù)不同的球隊(duì)采取不同的策略，對(duì)于錯(cuò)綜復(fù)雜的球場(chǎng)形勢(shì)，運(yùn)用靈活的策略。足球機(jī)器人的決策系統(tǒng)扮演著教練員和運(yùn)動(dòng)員的職責(zé)。決策子系統(tǒng)的任務(wù)就是如何根據(jù)這些信息，經(jīng)過(guò)決策處理，得出各個(gè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制命令，提高無(wú)線通信子系統(tǒng)發(fā)送給各個(gè)機(jī)器人。第五章　中型足球機(jī)器人決策子系統(tǒng)分析 與設(shè)計(jì) 決策子系統(tǒng)分析 決策子系統(tǒng)的任務(wù)在機(jī)器人足球比賽系統(tǒng)中，決策子系統(tǒng)上接視覺(jué)子系統(tǒng)，下接通信子系統(tǒng)，它是整個(gè)系統(tǒng)的中心樞紐。平動(dòng)的速度如何分配到三個(gè)驅(qū)動(dòng)輪上這個(gè)問(wèn)題在上一小節(jié)已經(jīng)討論過(guò)，這里只要根據(jù)小車(chē)走圓弧的速度V求出小車(chē)自轉(zhuǎn)的角速度，再疊加上平動(dòng)的速度就可以得到機(jī)器人小車(chē)運(yùn)動(dòng)軌跡為這種圓弧是三個(gè)驅(qū)動(dòng)輪的速度與時(shí)間的函數(shù)。將（425）、(426)帶入到（416）、（417）、（418）可得