小型仿人足球机器人控制系统

２０１０．０２

２９（２）

ｄｏｉ：１０．３９６９０．ｉｓｓｎ．１００６?１５７６．２０１０．０２．０２５

兵工自动化

ＯｒｄＴａａｎｃｅＩｎｄｕｓｔｒｙＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ?７７?

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小型仿人足球机器人控制系统

金唬飞，彭胜军，张瑞永，马宏绪

（国防科学技术大！乒机电工程与自动化学院，湖南长沙４１００７３）

摘要：针对当前小型仿人足球机器人在足球比赛中的复杂任务背景，设计了可实时在线路径规划的小型仿人足球机器人控制系统。基于Ｒｏｂｏｔｉｓ公司的Ｄｙｎａｍｉｘｅｌ系列Ａｘ—１２型舵机和标准连接件设计了具有２０个自由度的仿人足球机器人本体结构；基于运算速度较高的ＤＳＰ芯片ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２设计了主控制器：应用ＣＭＵｃａｍ３视觉传感予系统进行图像采集和处理，将获得的目标位置反馈给主控制器，完成基于视觉伺服控制的实时路径规划任务．目前，该仿人足球机器人可以在实验室环境中完成稳定直走、转弯和准确踢球等运动规划任务。下一步将重点研究最小损伤下的跌倒控制、爬起和不同动作单元的动态切换等复杂任务和多个仿人足球机器人的协调控制。

关键词：仿人足球机器人；ＤｙｎａｍｉｘｅＩＡＸ一１２舵机；数字信号处理器；ＴＭ￥３２０Ｆ２８１２；ＣＭＵｃａｍ３

中图分类号：ＴＰ２４２．６文献标识码：Ａ

ＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅ，ｍｏｆＳｍａｌｌＨｕｍａｎｏｉｄＳｏｃｃｅｒＲｏｂｏｔ

ＪＩＮＸｉａｏ－ｆｅｉ，Ｐ．ＥＮＧＳｈｅｎｇ－ｊｕｎ，ＺＨＡＮＧＲｕｉ—ｙｏｎｇ，ＭＡＨｏｎｇ—ＸＵ

（ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ＆Ａ１ｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＮａｔｉｏｎａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＤｅｆｅｎｓｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ４１００７３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｗｈｉｃｈｃｏｕｌｄｆｉｎｉｓｈｔｈｅｍｏｔｉｏｎｐｌａｎｎｉｎｇｉｎｒｅａｌｔｉｍｅｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄｉｎｏｒｄｅｒｔｈａｔｔｈｅｓｍａｌｌｈｕｍａｎｏｉｄｓｏｃｃｅｒｒｏｂｏｔｆｉｎｉｓｈｅｓｓｏｍｅｃｏｍｐｌｅｘｔａｓｋｓｉｎｈｕｍａｎｏｉｄｒｏｂｏｔｓｏｃｃｅｒｃｏｍｐｅｔｉｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅｐｒｅｓｅｎｔｓｔｕｄｙｄｅｓｉｇｎｅｄａｈｕｍａｎｏｉｄｓｏｃｃｅｒｒｏｂｏｔｗｉｔｈ２０?ＤＯＦｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｃｏｍｐａｎｙＲｏｂｏｔｉｓ’Ｄｙｎａｍｉｘｅｌｓｅｒｉｅｓｒｏｂｏｔａｃｔｕａｔｏｒｓ．ＴｈｅｍａｉｎｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｏｆｔｈｅｒｏｂｏｔｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄｂａｓｅｄｏｎｈｉｇｈｃａｐａｂｉｌｉｔｙＤＳＰｃｈｉｐＴＭＳ３２０Ｆ２８１２．ＴｈｅｖｉｓｕａｌｓｅｎｓｏｒｓｕｂｓｙｓｔｅｍＣＭＵｃａｍ３ｇａｔｈｅｒｅｄａｎｄｐｒｏｃｅｓｓｅｄｔｈｅｉｍａｇｅ，ａｎｄｔｈｅｎｓｅｎｔｔｈｅｇｏａｌｐｏｓｉｔｉｏｎｔｏｔｈｅ

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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｈｕｍａｎｏｉｄｓｏｃｃｅｒｒｏｂｏｔ；ＤｙｎａｍｉｘｅｌＡＸ－１２ａｃｔｕａｔｏｒ；ＤＳＰ；ＴＭ￥３２０Ｆ２８１２；ＣＭＵｃａｍ３

Ｏ引言

仿人足球机器人是机器人技术研究的重要平台，是人工智能领域最具挑战性的课题之一。目前，ＲｏｂｏＣｕｐ和ＦＩＲＡ都已经设立了仿人机器人足球比赛项目。该项目同时为仿人机器人技术和多机器人协作技术提供了一个良好的研究平台。仿人机器人足球比赛具有高度实时、动态的特性，不仅要求机器人具有稳而快的行走能力，而且要求机器人能够完成各种复杂动作，能够准确而实时地识别环境中的静态目标和多个动态移动物体（包括球、本方机器人和对方机器人），能够根据识别定位结果进行任务规划、路径规划和动作规划，能够通过协作实现与另一队机器人的对抗。这对仿人机器人的复杂运动能力、实时环境识别能力、基于视觉伺服的控制能力、多机器人协作与对抗能力都提出了较高的要求，并且这种要求将随着技术的发展而不断地提高。我国仿人机器人研究主要集中在两足稳定行走控制、武术等复杂动作设计、机构与控制系统的集成等方面，还未深入开展基于环境识别的自主运动控制和手脚协调作业技术的研究…。故主要研究设计了符合复杂任务背景需求，具有自主运动控制能力的仿人足球机器人控制系统。

１仿人足球机器人本体设计

仿人足球机器人在机器人足球比赛中的任务主要有找球、踢球、扑球（机器人守门时特有的动作）等，其中找球的任务通过视觉部分来完成，因此头部增加了前向和侧向２个自由度。为了较好地完成扑球任务，肩部各配置前向侧向２个自由度，肘部各１个自由度，髋部３个自由度，膝部１个，踝部２个。仿人足球机器人总共需要配置２０个自由度，因此需要选取２０个ＡＸ一１２＋舵机，如表１。通过选取合适的连接件最终拼装连接得到小型仿人足球机器人样机，如图１。表２给出了机器人结构参数，并在图２中给出机器人的几何尺寸分布图。

收稿日期：２００９—０９一０７；修回日期：２００９－１０－２３

基金项目：８６３计划“多机器人系统技术”项目“竞技与娱乐多机器人系统”（２００７ＡＡ０４１６０３）

作者简介：金晓飞（１９８５一），男，宁夏人，回族，国防科技大学在读硕士研究生，从事机器人控制研究．万方数据