浙江大学RoboCup小型组足球机器人介绍 - 图文

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

第二章 小型机器人系统

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

1) 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。 2) 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。

3) 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。

4) 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。

5) 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。

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第二章 小型机器人系统

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：

1) 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。

2) 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

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第二章 小型机器人系统

动着向小车方向滚动，这样来吸住小球。

3) 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

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第二章 小型机器人系统

图25 挑射

射门原理：

1) 升压电路给电容充电，使之不射门时保持有稳定的电压；

2) 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；

3) 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

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第二章 小型机器人系统

4.4 通讯

小车与场外计算机无线通讯原理：

1) 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。

2) 如果接收到的数据正确，小车会向上返回一组信息，理想状态下也就是20ms向上通讯一次。信息包括：车号，控球红外是否检测到球，各轮子的速度，电容电压，平、挑射是否完成和校验位等。从而完成通讯。

5 决策子系统

决策子系统，根据场上态势做出相应的决策。功能上说，类似于人的大脑。 决策程序执行原理：

1) 分析场上的形势，以确定采取进攻还是防守的比赛模式；

2) 将精确的数据模糊化，然后按照经验来进行推理，然后给小车分配角色，决定各个小车的动作（如传球、移动、射门等），最后将运动指令发送给小车；

3) 对各个小车在将来一段时间里的速度和位置做出预测，防止机器人和墙壁、球门柱，机器人和机器人之间发生碰撞；还需要预测球的速度和位置，以便找到最好的截球点。 该系统的工作大致可分为以下6个方面：

a. 视觉和传感器信息处理

? 将视觉部分传过来的位置信息转化为速度信息 ? 预测机器人和球的位置

? 处理传感器信息：由控球红外信号判断控球队员 b. 运动控制

? 速度分解：将小车整体速度转化成4个轮子各自的转速 ? 运动补偿：抵消各干扰因素造成的理论速度和实际速度间的误差 c. 路径规划

? 实现动态避障：小车对各类静止、运动物体（如边界挡板、球门和其他队员）的闪避

d. 基本动作实现 ? 接球控球 ? 传球 ? 射门 e. 战术实现 ? 进攻

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第二章 小型机器人系统

? 防守

? 定位球：开球、角球、任意球、点球等 ? 战术之间的转换 f. 各种相关的算法 ? 截球点的计算 ? 射门空档的寻找 ? 角色转换

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第三章 场地说明

场地说明

图31为2008年9国ROBOCUP小型组的比赛场地的平面图。

图 31 场地尺寸（单位：mm）

1 场地

场地需布置在室内，如图32。具体要求如下： ? 场地大小：长6550mm，宽4550mm

? 四周实木挡板规格：长边规格为6550*10*200(mm)，宽边规格为4550*10*200(mm)，长、宽边各两块，分布在场地四周边界。

? 挡板安装要求：垂直于底面安装。挡板外侧，每隔500mm安装一块直角边长200mm的等腰直角三角形支撑板强化支撑，一条直角边，紧靠挡板；另一条紧靠底面。如图33。

?

底板规格：平整度小于5mm厚10mm的实木地板或强度相当的其它板材挡板、支撑

板、底板之间以30mm的气钉连接。

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第三章 场地说明

图32 小型组足球机器人场地

图33 场地四周支撑挡板

2 地毯

地毯规格：

? 绿色的圈绒地毯；

? 通过肉眼观察，毯面平整，毯边平直，无瑕疵、油污斑点、色差； ? 使用试布在毯面上反复摩擦，手和试布上不可粘有颜色； ? 背衬剥离强力指标大于25N，用手轻撕毯面与背衬，两者不分离。 使用地毯注意事项：

地毯要用胶水牢靠的粘在场地底面上，粘的时候要把地毯拉直，保证粘好后的地毯的平

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第三章 场地说明

整，不能起皱，否则应撕下重新粘。如采购不方便，可用两块小地毯拼接起来，但要保证接口的质量，接口缝隙不得大于 2mm, 并且不得有任何重叠部分。

用白色粉笔在地毯上画上宽度为10的白线划分出赛场的各区域（如图31所示）。包括： ? 边界：6050x4050的矩形，各边与对应的场地边沿距离250

? 中线：矩形边界的长边中点的连线，与两条宽边平行且距离均为3025，将场地对称地分为左、右半场

? 场地中心：以中线的中点为圆心，作直径为1000的圆

? 禁区：在边界宽边上，分别以距离宽边中点上、下方各175的点为圆心，作半径为500的1/4圆，两段圆弧端点间以平行于边界宽边的直线连接（详见图31中的标注）。左、右半场各一个禁区。

? 点球点：在禁区内，距离边界宽边中点450处作直径为10的实心圆作为点球点，点球点到边界宽边中点的连线应与边界宽边垂直。左、右禁区各一个点球点。

3 球门

场地两边的球门如图34所示，两侧和背面由高155，厚20的实木挡板围成。球门内部是面积为700*180的矩形。

用一块740*50*155的实木连接板填在球门背面与边界挡板之间，球门与场地底板，球门背面挡板与连接板与边界挡板之间均通过30mm的气钉连接。这样从底部和背部两面固定球门，提高球门的牢固程度。

图34 小型组足球机器人场地球门尺寸

4 摄像机的架设

? 摄像机架设位置：左、右半场的中心处各一台

? 固定方式：在天花板上伸出直径30mm长500mm的不锈钢管，通过魔术臂把摄像机固定在不锈钢管上

? 高度:可按实际场地调整(调整范围与所选镜头焦距范围有关)，一般来说，比赛中

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第三章 场地说明

相机高度为4m，实验室相机高度不低于2.5m

? 三脚架：场地与电脑桌之间放置一个最大高度2米以上的三脚架。摄像机的信号线通过此架引到地面，与计算机连接（如图32）。

4.1 摄像机

摄像机选择日本SENTECH公司的STC-TC33USB-AT。分辨率640*480，彩色，采集图像的速度最大60帧/秒，通讯为USB线。

4.2 镜头

镜头不属于摄像机的部件，需另外配置。选择日本富士能公司的FY28V8M。焦距2.8-8mm，C型接口。

4.3 魔术臂

魔术臂用来将摄像机与支架连接，选择锐鹰公司的多用途魔术臂。最大承载 2kg ，黑色铝合金曲臂，两端带铜头。单根长度加铜头27cm。

5 照明

自然光照极不稳定，场地所在房间的所有透光区域，如玻璃门、窗，需安装100%遮阳效果的遮光卷帘。

场地采用T8-40W的日光色荧光灯照明，每3根灯管为一组。将矩形场地的长边三等分，宽边两等分，场地分为面积相同的6小块，如图35所示。每小块中心正对的天花板上安装一组上述规格的荧光灯提供照明。

图35 照明荧光灯示意图

6 计算机

? 计算机数量：3台。其中2台用于策略，分别给蓝、黄两方队员发送命令；1台用于图像采集。

? 计算机配置要求：不得低于512M内存，Pentium 4处理器，80G硬盘，双USB口，双串口通讯通道或PCI扩展槽加串口卡。

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第三章 场地说明

陈晓峰/销售部

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