浙江大学RoboCup小型组足球机器人介绍.doc

小型组比赛概况 场地大小：长6550mm，宽4550mm 地毯规格：绿色、平坦的圈绒地毯 场地上标志：中线、中圈、门区、点球点等 比赛用球：高43mm，重46g的橙色高尔夫球 队标：蓝队、黄队 比赛队员：每队5辆机器人小车（包括守门员），每辆小车均能放入直径180mm的圆柱体内 比赛过程：分上下半场各15分钟，中场休息不超过5分钟，比赛两方可叫4次总计10分钟的暂停，比赛结束出现平局时可以选择加时或点球决出胜负 处罚规定：比赛期间未经裁判允许，双方场边工作人员不能接触机器人和计算机主机，机器人队员不允许恶意碰撞，否则要根据规则进行判罚 浙大取得的成绩 国际比赛 2006年8强 2007年4强 2008年4强 国内比赛 2006中国机器人大赛ROBOCUP冠军 2007中国机器人大赛ROBOCUP冠军 2008中国机器人大赛ROBOCUP冠军 图 11 ROBOCUP足球机器人小型组比赛实况 浙江中控小型机器人系统介绍 1 整体图 RoboCup小型足球机器人系统如图21。 从结构上分，整个系统包括场上的机器人小车、固定在支架上的摄像机和场外的计算机。 从功能上分，整个系统包括机器人车载子系统、视觉子系统和决策子系统。 图21 RoboCup小型足球机器人系统 2 工作原理 视觉系统中位于球场正上方的摄像机采集球场的画面，输入上位计算机。 上位机中的图像处理程序识别出场上的敌我双方小车和球的位置及方向，将信息通过网络传送到决策子系统。 决策程序根据场上态势做出反应，决定机器人下一步动作指令，通过无线发射机发给机器人小车。 小车作为整个系统执行机构，在接收到命令之后，由车载的电机控制器控制电机运转。同时机器人上的车载传感器采集场上信息返回上位机。 机器人小车对计算机主机命令的执行结果通过摄像机反馈回计算机主机，从而完成一个闭环回路，系统进入下一个循环。 3 视觉子系统 视觉子系统，包括摄像机和图像处理软件，能识别出场上敌我双方小车和球的位置、方向。功能上讲，类似于人的视觉系统。 摄像机工作原理：两台摄像机分别安置在左右半场距场地上方4m的支架上，比赛中，将两台摄像机分别拍摄得到的信息整合，即可合成出全场的信息。 摄像机识别校正：由于场地较大，摄像机容易把场地边缘拍成卷翘或膨鼓的现象，因此在识别前，先对这种畸变进行校正处理。 识别场地上小车和球的位置：通过颜色识别。小车顶盖中心蓝色或黄色色标用于区分队别，顶盖外围的三个色标用于确定小车的编号，如图22。球为橙色。 颜色采样：在赛前对色标进行采样，从多个角度建立各色块的分辨标准。比赛中，根据这些标准辨别出各色块，进而得到双方球员和球的位置信息。 图22 顶盖上的色标 （注：顶盖上的色标为不同颜色的圆形色标纸，可按需求进行更换，拧下顶盖上的螺丝，取下盖板和需要更换的色标，放入更换后的色标，盖上盖板并用螺丝固定即可。更改色标后需重新设置车号，详见第四章1.2.4。） 4 车载子系统 车载子系统（以下简称小车），将上位机发送的控制信号转化成小车各机械部件的动作，包括电机驱动、升压射门、控球检测、通讯四个部分。功能上讲，类似于人的运动系统。 4.1 电机驱动 每辆小车共有4个移动电机和1个控球电机需要驱动： 4个移动电机分别带动4个互成特定角度的万向轮，使小车可以360度全方位移动，能在直线运动的同时绕小车的中心旋转运动。 控球电机，通过齿轮带动套有橡胶管的控球杆转动。当控球区有球时，球会被它带动着向小车方向滚动，这样来吸住小球。 通过主控芯片，通过 PID 控制器调整输出 PWM 的占空比，高效、任意改变电机转速、方向。 （1.移动电机 2.控球电机 3.控球杆） 图23 电机 4.2升压射门 射门，包括射门和传球，分为平射和挑射两种方式。方向上，平射是向前踢，如图24；挑射是斜向上踢，如图25。 图24 平射 图25 挑射 射门原理： 升压电路给电容充电，使之不射门时保持有稳定的电压； 踢球时，根据所需的力度，从电容中释放出相应的电量给线圈。由于电磁感应，线圈产生强大的磁场，将推杆猛地吸过来，实现击球； 推杆上皮筋的回复力将推杆复位。 4.3 控球检测 检测是否控球原理： 控球区的两侧装有对射型红外传感器，一侧发射具有特定频率的红外线，另一侧接收。如果控球区有球，则另一侧接收不到红外信号，通过这种方式可判断是否控住了小球。如图26所示。 （1.红外传感器接收端 2.控球区 3.红外传感器发射端） 图26 控球检测 4.4 通讯 小车与场外计算机无线通讯原理： 计算机每4ms向一辆小车发一个数据包，比赛时一共5辆小车，这样每辆小车每20ms得到一个数据包。信息包括：车号、控球力度、是否射门、射门力度、每个轮子的速度和校验位等。