摘 要
本文以足球训练服务机器人为研究控制对象，围绕足球运动员训练射门策略系统展开理论和实际应用研究。
论文分析了射门策略系统的组成要素：路径规划、路径跟踪、踢球器。具体到论文，对机器人的运动模型的建立、运动规律进行了的论述，其中对机器人走直线、走圆弧的运动模型进行了详细的论述，为后面的机器人运动控制做好铺垫；与此同时针对足球运动员中型机器人比赛的特点，分析了阵地战和防守反击战的战术战略特点，并以此设计了符合足球运动员2：2赛制特点的曲直线复合射门算法，并进行了实际路线仿真试验，验证了此路线的可行性 ；最后，阐述了模糊控制算法和PID控制算法的原理，并结合本文的路径规划论述了如何用模糊-PID复合控制算法来实现对已规划好路径的跟踪，通过实验仿真验证了此算法的实用性、准确性和高效性。总之，射门路径的选择、射门路径的跟踪、射门位置判别系统的执行这三个环节环环相扣，共同构建成一个完整的射门系统。
关键词：路径规划；路径跟踪； 模糊控制；PID控制
Abstract
In this paper, a soccer training service robot is taken as the research control object, and the theoretical and practical application of the soccer player training strategy system is studied.
This paper analyzes the components of shooting strategy system: path planning, path tracking, kicker.Specific to the paper, the establishment of the robot motion model, the movement of the law of the discussion, in which the robot walking straight line, circular arc motion model is discussed in detail, for the robot motion control of the back to do a good job;At the same time, according to the characteristics of mid-sized robot soccer players, this paper analyzes the tactical and strategic characteristics of positional warfare and defensive counter-attack, and designs a compound shooting algorithm based on curved line, which accords with the characteristics of football players' 2:2 competition system.The feasibility of the route is verified by the simulation test of the actual route. Finally, the principle of fuzzy control algorithm and PID control algorithm is expounded, and how to use fuzzy-PID compound control algorithm to track the planned path is discussed in combination with the path planning in this paper.The practicability, accuracy and efficiency of the algorithm are verified by experimental simulation.In a word, the selection of shooting path, the track of shooting path and the execution of shooting action are intertwined together to form a complete shooting system.
Key words: path planning; path tracking; fuzzy control; pid control
目 录
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 足球训练服务机器人的发展历程及意义 1
1.2.1 足球训练服务机器人的起源及发展 1
1.2.2我国足球训练服务机器人的发展[7][8] 2
1.2.3 课题研究的目的和意义[9] 4
1.3 足球运动员系统介绍[10] 4
1.2.1 驱动控制子系统 5
1.2.2.视觉子系统 5
1.3.3 决策子系统 5
1.3.4 通信子系统 5
1.3.5 踢球机构 6
1.4 足球运动员射门策略系统的研究现状 6
1.5 论文的研究内容及章节内容安排 8
1.5.1论文研究的内容 8
第二章 射门位置判别系统的研究和设计 9
2.1的运动学规律[31]及运动学分析[34] 9
2.1.1足球运动员的定位 9
2.1.2机器人运动模型[32][33] 10
2.1.3 直线运动 11
2.1.4 圆弧运动 12
2.2 射门区域的分析 14
2.2.1 阵地战式的进攻方式 14
2.2.2 防守反击式进攻 15
2.3复合曲线射门位置判别系统 16
2.4 实验结果分析 18
2.5 小结 18
第三章 模糊-PID复合轨迹跟踪控制算法 19
3.1 轨迹跟踪的研究现况 19
3.1.1非线性状态反馈(nonlinear state feedback)控制方法 19
3.1.2 滑模(sliding mode)控制方法 19
3.1.3 后退(back stepping)控制方法 19
3.1.4 计算力矩(computed torque)方法 19
3.1.5自适应(adaptive)控制方法 20
3.1.6神经网络控制方法 20
3.2 模糊-PID复合控制算法[57][58][59][60][61] 20
3.2.1模糊控制算法的基本原理[62][63][64][65][66][67] 21
4.2.2 PID控制算法原理[68] 23
4.2.3 误差参考点的选取 23
4.2.4 控制算法切换阈值的确定 25
3.3 模糊控制算法的实现 25
3.2.1 输入输出模糊化 25
3.2.2 控制规则库 27
3.3.3 模糊关系推理 27
3.3.4 解模糊化 27
3.4 PID控制的参数整定 28
3.5 实验及实验结果分析 28
3.6 小结 31
第四章 结论与展望 32
参考文献 33
致 谢 35
