类人足球机器人

机器人的球定位
联立以上所有的方程，并利用已知量机器人的 身高H，摄像头转过的角度A,B就能求解：
X 1 co s A Y 1 sin A sin A co s B X 1 co s A co s B Y 1 sin B Z 1 co s A X 1 sin A Y 1 sin A sin B X 1 co s A sin B Y 1 co s B Z 1
中型组
四腿组
仿人组
战胜人类 世界杯冠军
Robocup及类人足球机器人简介
Robocup的最终目标
仿真组、小型组
中型组
四腿组
仿人组
战胜人类 世界杯冠军
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Robocup的最终目标
仿真组、小型组
中型组
四腿组
仿人组
战胜人类 世界杯冠军
Robocup及类人足球机器人简介
类人足球机器人的关键技术
结构与步态
操作平台
类人足球机器人 技术
视觉处理 行为决策 运动控制
目录
Robocup及类人足球机器人简介
类人足球机器人的关键技术
结构与步态
操作平台
结构设计与CAD绘图 立体模型建立 步态设计与规划 步态模拟验证
类人足球机器人 技术
视觉处理 行为决策 运动控制
目录
Robocup及类人足球机器人简介
基于视觉的类人足球机器人
刘凯阳 2012年1月9日
目录
1 2 3 4 3 5 Robocup及类人足球机器人简介 机器人的结构与步态 机器人的球定位及自定位 图像调试 演示
Robocup类人足球机器人简介
Robocup的成立与使命
全名：世界RoboCup联合会 成立：1996年于日本东京 使命：通过提供一个标准问题来促进人工智能和 智能机器人的研究。 发展平台：选择了足球比赛作为基本的领域，并 组织了RoboCup ，我们所在的MOS队已经连续几年 参加此赛事并且已取得一定成绩。
坐标的变换过程
坐标系0：以机 器人的两脚的中 心为原点，正前 方向为Y轴，左 方向为X轴，竖 直向上为Z轴 坐标系1：由坐 标系0向上平移 H得到，其原点 在机器人的摄像 头处。 球的坐标为 （X1,Y1,Z1）
球的坐标为 （X0,Y0,Z0）
坐标系2：由坐 标系1沿着Z1轴 旋转A角得到。A 为摄像头的左右 方向的转角。 球的坐标为 （X2,Y2,Z2）
正踢射门
正踢射门
斜踢射门
鱼跃扑球
跌倒爬起
目录
机器人的结构和步态
45°斜踢射门
正踢射门
斜踢射门
鱼跃扑球
跌倒爬起
目录
机器人的结构和步态
鱼跃扑球
正踢射门
斜踢射门
鱼跃扑球
跌倒爬起
目录
机器人的结构和步态
跌倒爬起
正踢射门
斜踢射门
鱼跃扑球
跌倒爬起
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机器人步态调试
原理： 步态调试工作方式是利用PC机通 过运动控制卡实现步态的在线运行、 调试、下载等操作。该工作方式涉 及的软件包括运动控制卡程序、步 态调试软件MotionDebug311、 Visual studio 6.0或者ActiveX控件。 该过程需要步态调试工作方式的硬 件连接。 目录
类人足球机器人的关键技术
结构与步态
操作平台
各类硬件驱动程序 主程序运行平台 无线网操作平台
类人足球机器人 技术
视觉处理 行为决策 运动控制
目录
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类人足球机器人的关键技术
结构与步态
操作平台
图像处理 球定位 自定位
类人足球机器人 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ术
视觉处理 行为决策 运动控制
目录
Robocup及类人足球机器人简介
坐标系3：由坐标 系2沿着X2轴旋转 B角得到。B为摄 像头的上下方向 的转角。 球的坐标为 （X3,Y3,Z3）
成像规律
一幅采集到的图像以及图像的信息输出：
成像规律
此处的成像规 律公式，并非 指凸透镜的成 像公式，而是 简单的三角形 相似规律：
ZOOM ( X 4 160) ZOOM (Y 4 1 2 0 ) Y3 X3 Y3 Z 3
基于角度的定位算法
定理:
已知空间3 个点, 则这3 个点必构成一个圆. 若已知两 个点A, B同时另一个点R 与这两个点A, B 连线的夹角α也 已知, 则必可求A, B、R的一个共圆,若存在另一点 C，点R 与点B, C 连线的夹角β 也已知,则必可求B,C、R的另一个 共圆,那么点R 必位于两个圆的交点上.
头部两个自 由度
Pro5000摄像头
上身舵机AX12
胸腔里安装 DSP控制卡
背部携带PDA 掌上电脑
在机器人易摔部位添加 防摔垫片和防摔弹性片
左右脚上分 别安装上下 身电机电池 下身舵机DX117
机器人的结构和步态
Mos2007的立体结构图
机器人的结构和步态
步态的基本设计方法：
结构
机器人全 身各关节 （舵机）
任务： 寻找参数
目录
演示
多步态演示
自主寻球射门演示
目录
Thank you!
Robocup及类人足球机器人简介
Robocup的发展史以及最终目标
仿真组、小型组
中型组
四腿组
仿人组
战胜人类 世界杯冠军
Robocup及类人足球机器人简介
Robocup的最终目标
仿真组、小型组
中型组
四腿组
仿人组
战胜人类 世界杯冠军
Robocup及类人足球机器人简介
Robocup的最终目标
仿真组、小型组
类人足球机器人的关键技术
结构与步态
操作平台
类人足球机器人 技术
进攻机器人决策 防守机器人 决策 视觉处理
行为决策 运动控制
目录
Robocup及类人足球机器人简介
类人足球机器人的关键技术
结构与步态
操作平台
类人足球机器人 技术
视觉处理
轨迹规划 行为决策 路径规划
运动控制
目录
机器人的结构和步态
做好结构和步态的设计，是为了让机器人能够稳定自如地行动。
机器人的球定位及自定位
世界建模：通过球定位和自定位获得环境信息， 给机器人决策判断提供依据
1
球定位： 获得足球在机 器人坐标系下 的坐标
2
自定位： 获得机器人在 球场坐标系下 的坐标
机器人的球定位
进行球定位，是为了获得球的信息，以进行决策。 机器人的球定位主要有两个关键过程：
坐标变换
成像规律计算

X 4 160 ZOOM X 4 160 Y 4 120
球定位的意义
实现进攻防守的最基本信息
球定位
轨迹规划
球跟踪
球速预测
机器人的自定位
自定位能够帮助机器人确定自身的全场位置 机器人的自定位也有两个关键过程：
图像拼接
基于角度的定位算法
图像的拼接
由于不能采用全景视觉，而摄像头的视角只 有 50度，所以要想获取足够多的信息进行定位，就 必须进行多次采图然后进行拼接，经过对象采集， 把所需要的信息存储起来用以定位。
静力学关系 动力学关系 试验
各种姿态 运动
通过调节实现
机器人的结构和步态
frame 1 frame 2 frame 3
…
frame n
步态由关键帧组成 关键帧由关节转角和差帧数组成 保证每个关键帧稳定 步态数据类似动画播放过程
机器人的结构和步态
机器人步态演示
正踢射门
斜踢射门
鱼跃扑球
跌倒爬起
目录
机器人的结构和步态
角度定位算法中路标的选取
因此，只要路标的数目大于等于三就能定位。
自定位的意义
对于机器人的重要辅助信息
自定位
守门员扑 救之后回 归守门位置
确定进攻 方向
目录
图像调试规程
调试流程· ：
图像标定
设置 摄像头
采集 图像
PC机图 像域标定
获取参数
调试规程
图像 采集
视觉 处理
环境 建模
决策
行动
参数： （1）颜色 （2）形状