雙足足球機器人守門策略研究

崔　櫻　楊晶東

摘要：首先提出了雙足足球機器人的體系結(jié)構(gòu)。然后給出了基本步態(tài)算法，針對FIRA類人型項目比賽規(guī)則·提出了全新的雙足足球機器人守門策略，最后給出了分析測距試驗數(shù)據(jù)，驗證了測距準(zhǔn)確性和守門策略的合理性。

關(guān)鍵詞：守門策略射門策略取足足球機器人

中圖分類號TP242.6文獻標(biāo)識碼A文章編號：1002-2422(2007)03-0002-03

1制體系結(jié)構(gòu)

雙足機器人每條腿共有6個自由度，分別腿部髖關(guān)節(jié)(3個)、膝關(guān)節(jié)(1個)、踝關(guān)節(jié)(2個)。詳細的體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2基本步態(tài)算法

ZMP(zero moment point)是行走地面上的一點，在該點由作用在機器人上的主動力和主動力矩所產(chǎn)生的合力矩水平方向分量為零?；谶@種概念可以得出結(jié)論：

如果支撐作用的膝關(guān)節(jié)保持恒定，我們就可以推導(dǎo)出ZMP在穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)踝關(guān)節(jié)的扭矩范圍。此結(jié)果是適應(yīng)于避障行走、快速行走、爬樓梯等動、靜態(tài)步伐，在滿足動態(tài)平衡的情況下最大速度可以達到3cm／s。

3測距策略

哈工大足球機器人測距過程是通過CCD傳感器和頭部伺服電機位置信息融合來實現(xiàn)的。首先通過頭部的俯仰、水平伺服電機轉(zhuǎn)動來跟蹤目標(biāo)物體(球)，經(jīng)過找球并且對中到攝像機的視野中央后，頭部的俯仰伺服電機就會對應(yīng)一個十六進制電機值PWMY。不同的距離處，對應(yīng)的俯仰電機值會不同，俯仰角度n也不同，這個角度和所測距離L_x就會有一定的函數(shù)關(guān)系，我們利用幾何三角函數(shù)知識可以得到函數(shù)關(guān)系式。

4守門策略

守門策略是一項容易被忽視的策略，從第四屆FIRA比賽的情況來看，各參賽隊都沒有做這一策略，各隊機器人守門時都選擇原地不動，等待對方射門。其實這種策略是不完備的。其主要原因如下：

(1)由于球門很寬，一旦球被射偏一些，很容易進球得分。

(2)守門員出擊行進的距離要遠小于射門員走的距離，所以守門員完全有時間在射門員射門之前出擊封堵進球路線，增加對方的射門難度。

(3)跟據(jù)FIRA比賽規(guī)則，若守門員擋住射門員的射門的成績相當(dāng)于射門員沒有射進，所以守門策略做的好，同樣會取得比賽勝利。圖4給出了守門員出擊路徑規(guī)劃策略示意圖。

其詳細的守門流程如下：

步驟1：初始化伺服電機、數(shù)字羅盤方向角a、視覺通訊端口；

步驟2：按全局分區(qū)標(biāo)定調(diào)色板參數(shù)掃描球所在的區(qū)域△ABC；

步驟3：IF RGB∈標(biāo)定閾值，IF RGB∈左側(cè)閾值，t=1，ELSE右側(cè)閾值t=2，跳轉(zhuǎn)步驟4；ELSE重復(fù)步驟2。

步驟4：把球?qū)χ械揭曈X視野中央；

步驟5：記錄當(dāng)前俯仰、水平電機對應(yīng)的十六進制電機值，測距并計算靜態(tài)橫向移動步數(shù)；

步驟6：還原水平電機到初始位置；

步驟7：IF t=1向左側(cè)移動，

ELSE

向右側(cè)移動：

步驟8：分開雙腿呈V字形守門動作。

5試驗分析

雙足機器人測距過程是通過CCD傳感器和頭部伺服電機的綜合參數(shù)測得的，平均誤差率為0.2741。

實驗結(jié)果分析：

(1)測距實驗受機器人的所處位置和自身姿態(tài)等因素影響很大，機器人站立位置和姿勢稍有變化都會對測距的準(zhǔn)確性有很大影響，所以這一誤差率是正常的。

(2)測距的目的是設(shè)定機器人橫行移動步數(shù)，如果誤差過大可以在設(shè)定步數(shù)值時加以修正。加之，測距對其準(zhǔn)確性要求不高，只要能保證機器人快速找到球的準(zhǔn)確位置并橫向?qū)?zhǔn)球即可。

(3)設(shè)定行走步數(shù)時一定要有余量，不要越過能夠封堵地方向。

比賽結(jié)果證明這一測距過程是能滿足比賽要求的。