基于改进rrt和人工势场混合算法足球机器人路径规划的研究

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1、论文题目：基于改进RRT与人工势场混合算法的足球机器人路径规划研究专业：控制理论与控制工程硕士生：郝利波（签名）指导教师：侯媛彬（签名）摘要足球机器人是一种能够在已知场地环境中，在相应竞赛规则和多机器人动态竞赛环境下，实现无碰撞自动找球、带球、射门等一系列技术动作，可自主进行足球比赛的一种机器人。在足球机器人竞赛过程中，路径规划是其极为重要的一个组成部分。本课题研究的主要内容就是足球机器人在竞赛过程中的实时路径规划，使其能够在动态竞赛环境中以及一些特殊状态环境下，实现避障、找球等一系列动作，并解决在路径规划过程中可能出现的死锁等问题。本文以西安科技大学学科群的足球机器人作为研究平台，首先

2、介绍足球机器人结构组成及其软件平台。接着分析研究了快速扩展随机树(RRT)算法和人工势场法，评估两种算法应用在足球机器人这一特定平台上可行性，分别对其在足球机器人平台上的应用进行探讨分析，指出其各自所存在的优缺点。在此基础上，发现快速扩展随机树(RRT)算法和人工势场法如果相互混合，则能够使双方所表现出来的优缺点进行互补，解决足球机器人在比赛过程中的死锁问题，据此推导出了基于RRT与人工势场混合算法的足球机器人路径规划方法。经过分析研究发现该混合算法具有随机性大的问题，进而针对传统RRT算法随机性大的缺陷进行改进，将目标引力函数融入RRT算法，进而将改进后的RRT算法与人工势场法进行混合

3、，最后提出了改进RRT与人工势场混合算法的足球机器人路径规划方法。计算机仿真结果显示，基于改进RRT与人工势场的混合算法规划出的路径逼近最优而且相当平滑，能够顺利地避开障碍物从起始点到达目标点。在混合算法路径规划的基础上，提出了一种虚拟目标式的足球机器人自动走位方案，解决了足球机器人自动走位的问题。同时本文还对足球机器人的持球机构进行改造，针对我校足球机器人持球机构持球不稳定的问题，将原来的物理被动持球机构改造为小功率直流电机主动持球机构。在实际的足球机器人系统平台上进行实验，在实际的竞赛环境中对混合算法路径规划以及改造后的主动持球机构进行验证。实验表明：足球机器人在各种状态环境下所表现

4、出的优良避障和寻找目标效果，证明了混合算法所规划路径的优越性；在持球和带球过程中所表现出的良好持球效果，证明了改造后主动持球机构持球的优良性能，圆满地实现了论文的设计目标。由于足球机器人软件和硬件平台双方面的改进，使我校足球机器人团队在多次全国大赛上取得了优异的成绩。关键词：快速扩展随机树(RRT)；人工势场法；路径规划；足球机器人研究类型：应用研究Subject:BasedonImprovedRRTwithArtificialPotentialFieldHybridAlgorithmofRobotSoccerPathPlanningResearchSpecialty:ControlTh

5、eoryandControlEngineeringName:HaoLibo(Signature)Instructor:HouYuanbin(Signature)ABSTRACTRobotsoccerisrobot,whichcanactonitsowninafootballgameinaknownarea,inthecompetitionrulesandcorrespondingrobotdynamiccompetitionenvironment,andachieveaseriesoftechnicalactions,includeautomaticwithoutcollisionfin

6、dingball,dribbling,shootingandsoon.Intheprocessofrobotsoccercompetition,pathplanningisoneoftheimportantcomponentparts.real-timepathplanningintheprocessofrobotsoccerisdiscussedinthispapertoachieveaseriesofmovementsindynamiccompetitionenvironment,includeobstacleavoidance,findtheballandsoon,andtosol

7、vetheproblemsthatmayarisedeadlockinthepathplanning.Aimattheresearchplatformnofrobotsoccerinxianuniversityofscienceandtechnology,it’shardwareandsoftwareplatformisintroducedinthispaper,Thenrapidly-exploringrandomtree(RRT