[发明专利]仿人机器人足球竞赛实时仿真系统

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种计算机仿真技术领域的系统，尤其是一种仿人机器人足球竞赛实时仿真系统。

背景技术

机器人学是一门高度交叉的综合学科，广泛涉及机械、电子、计算机、自动控制、人工智能、仿生学等多个领域，其相应的研究运用领域也在不断的拓宽。其中仿人机器人代表着机器人研究领域的最高研究成果。研制出具备人类特征(如行走、感官、思维、判断等能力)，在相当程度上替代人类并服务于人类，且能与人类和谐共处的高级智能机器人，一直是科研人员的一个奋斗目标。为此，国际上组织了各种机器人对抗赛事，有力推动机器人研究的发展。在研究过程中，机器人研究人员将面临机构、传感器信息融合、运动控制和多机器人之间的协调合作等问题，而机器人仿真平台是多智能体系统的理想测试平台。通过这个平台，测试各种理论、算法和智能体体系结构，在实时异步、有噪声的对抗环境下，研究多智能体之间的合作和对抗问题，并最终运用到真实的机器人对抗中。

现有机器人竞赛仿真系统采用分布式结构，按照客户端/服务器方式进行。在同一的服务器仿真平台上，参赛队编写各自的客户端程序，模拟实际足球队员进行比赛。机器人竞赛仿真系统有2D和3D两种。2D仿真不能构建实际物理模型，只能对比赛流程进行仿真，对真实环境的参考和机构本体控制的改进作用不大。3D仿真克服了2D仿真的不足，不但可以验证比赛流程的算法，还可以对机构本体的控制算法加以验证，并对机构本体存在的缺陷加以改进。3D仿真验证而得的各种算法可以很方便的移植到真实机器人中，缩短机器人算法研究时间，还可以通过对实际真实环境中难以模拟的各种状况加以仿真分析，提高机器人在真实环境中的可靠性。因此，开发一个几近真实的3D实时仿真系统对仿人机器人的发展有着至关重要的作用。

经对现有技术的文献检索发现，中国发明专利(申请号200710044707.2)：海底管道检测机器人仿真系统，它包括爬行器仿真模块、电池监控及里程计仿真模块、检测仿真模块和定位仿真模块，各模块都是接受来自实际机器人智能控制器的指令，进行仿真计算，真实反映系统运行功能和性能，以供研制过程中进行调试，以及功能测试。但是由于仿真的对象与本发明完全不同，两套仿真系统的结构、原理、功能也是完全不同的。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种更加真实的仿人机器人足球竞赛实时仿真系统，使其能够更加方便地模拟各种机器人运行状况，更好地测试各种理论、算法和仿人机器人体系结构，更方便地移植到现有机器人控制策略及系统改进上。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括客户端、服务器、监控模块和信息交互模块。客户端上设有三个仿人机器人模块，每个仿人机器人模块通过信息交互模块的解析从服务器上获取现场信息，重构现场比赛环境模型，分析当前环境，生成决策信息，再通过信息交互模块合成规范指令发送到服务器中，以进行两队间的比赛。监控模块实时显示两队间的比赛状况。上述四个模块组建了一个3对3仿人机器人足球竞赛3D实时仿真系统，并在此系统上进行各种理论、算法和控制的测试。

所述的仿人机器人模块，包括解释模块、世界模型构建模块、决策模块和行为解析模块。解释模块从服务器上获取现场信息，对现场信息进行解释，得到球员的位姿和环境信息，世界模型构建模块根据所得信息重新构建现场比赛环境模型(即世界模型)，然后通过决策模块的决策思维生成球员的具体行为策略，经过行为解析模块转化成各种基本行为的组合，再整合成相应控制代码输送给服务器，以实现仿人机器人模块之间的对抗。

所述的服务器，包括仿人机器人3D仿真模块、球场环境仿真模块、刚体动力学仿真模块、裁判模块、信息融合模块和显示接口模块。仿人机器人3D仿真模块根据信息交互模块提供的决策信息进行相应的仿人机器人3D行为仿真，并在球场环境仿真模块中进行动力学仿真；刚体动力学仿真模块根据仿人机器人3D仿真模块的仿真行为及球场环境仿真模块提供的球场环境信息执行基于ODE(开源物理引擎)的刚体动力学仿真，从而生成位姿信息及碰撞检测信息，传送到信息融合模块；裁判模块按照标准赛事规则安排竞赛进程，并对各种违规行为做出相应的裁决，再将所得的裁决信息传送给信息融合模块；信息融合模块将位姿信息、碰撞检测信息和裁决信息进行整合，将整合而成的信息帧发送到信息交互模块；显示接口模块将服务器上的竞赛过程实时地输送到监控模块中。