基于Robocup足球机器人路径规划与轨迹跟踪的研究

作     者：田丽平 

作者单位：东北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨光红

授予年度：2009年

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 0802[工学-机械工程] 

主      题：足球机器人 路径规划 轨迹跟踪 人工势场法 Lyapunov函数 

摘      要：足球机器人系统是一个典型的多智能体系统,是人工智能领域中的重要课题,引起了学术界的高度重视。自主足球机器人系统是一种典型的足球机器人系统,在自主式足球机器人相关技术的研究中,动态不确定环境下的路径规划问题是足球机器人研究领域研究热点之一。而多障碍物环境下的路径规划,尤其是多障碍物动态环境下的路径规划,是一个比较复杂的问题,目前已取得了一些成果,但仍存在诸多问题有待进一步的解决。 本文的研究是基于Robocup自主式足球机器人进行的,针对足球机器人运动规划中的路径规划问题及轨迹跟踪控问题进行了深入研究,本文主要工作如下： 首先,综述了课题研究的背景和意义,概述了足球机器人系统的体系结构,并介绍了自主式足球机器人系统的组成。 其次,分析了最短切线法和栅格建模法两种典型路径规划方法,讨论它们在足球机器人系统路径规划中的应用。分析了传统人工势场法在足球机器人路径规划系统中的应用及其优缺点。鉴于该方法存在目标点不可达和局部最小的缺点,本文给出了改进人工势场路径规划方法,通过改变斥力势场函数的方法来解决传统人工势场法中的缺点。并将改进方法应用到基础路径规划子系统和边界路径规划子系统中。同时,设计了路径规划仿真平台,验证了所提方法的有效性。 然后,基于Lyapunov方法设计了足球机器人轨迹跟踪控制律,并对所规划出的路径进行了跟踪验证。利用Matlab平台,对系统进行了仿真研究,分别对直线路径和圆路径进行了跟踪控制,仿真结果验证了所设计的控制器能够有效跟踪规划出的路径,取得良好的跟踪性能指标。 最后,对本文所做的工作进行了总结,并提出展望,指出有待进一步研究的方向和问题。