[发明专利]足球机器人感知系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种机器人感知系统，具体涉及一种应用于中型足球机器人的感知系统。

背景技术

机器人足球比赛的设想是由加拿大不列颠哥伦比亚大学教授Alan Mackworth在1992年的论文《On Seeing Robot》中首先提出的，他的目标是为人工智能和智能机器人学科提出一个具有标志性和挑战性的课题。1993年这篇文章又收入《Computer Vision：System，Theory，and Applications》一书，与此同时，1992年10月在东京召开的关于“人工智能领域的巨大挑战”学术研讨会上，与会者认真讨论了开展机器人足球比赛对发展科学技术的意义，在众多挑战性课题中认为让机器人踢足球是机器人与人工智能领域最具挑战性的研究课题。机器人足球比赛提出后得到了韩国、日本以及欧美等发达国家的很多大学和科研机构的支持，开展了机器人足球比赛的研究，并选派自己的代表队参加国际比赛。另外一些有实力的国际大公司如SONY公司、丰田公司、三星公司、LG公司、SUN公司等对世界杯机器人足球赛大力的赞助。

目前世界上影响和规模较大的机器人足球比赛组织者主要有两个，一个是韩国为首的FIRA，另一个是日本为首的RoboCup。RoboCup在日本、欧美都有很大的影响，现已经成为世界上有较大影响的机器人足球比赛组织。RoboCup的竞赛项目比较多，而且不仅仅局限于机器人足球，总共包括以下几种：仿真机器人足球赛；小型机器人足球赛(F180)；中型机器人足球赛(F2000)；索尼四腿机器人足球赛；人形机器人足球赛；仿真机器人救难赛；机器人救难赛。

任何一个学科的发展与进步都会推动工业技术的进步，甚至会带动一批新型产业的发展。让机器人具有人的智能是一代又一代科学工作者的目标和愿望，机器人足球系统是一个智能自动化程度要求相当高的系统。其整个比赛过程不能有人的干预，就相当于一个训练好的球员在整个比赛过程自主地感知、判断、决策、动作。其环境信息的复杂度及机器人系统本身的复杂度都很高。机器人不仅要通过有限的传感器识别场上的特征物(球，球门，柱标，场地)等，还要根据感知的信息做出相应的进攻、防御、拦截、避障等动作。机器人系统是十分复杂的系统，为实现该系统需要解决大量的理论和技术问题，涉及很广泛的研究和技术领域。针对中型足球机器人运动控制面临的问题，从实现一个完整的可用于比赛的系统出发，首先需要足球机器人感知到周围环境的信息，然后进行信息的融合，最后才可能对足球机器人进行有效的控制。

中国专利ZL200410053041.3公开的《智能移动机器人》(上海交通大学)，一种智能移动机器人，包括车体平台和机器人大脑两大部分，采用笔记本电脑作为机器人大脑，其上连接有无线以太网络通信设备和通用分组无线业务GPRS转接卡，机器人设置有向视觉传感器、由全维视觉传感器和全维视觉反射镜构成的全维视觉传感器系统，以及分布在车体周身的超声波传感器，机器人大脑负责采集处理视觉信号，负责与外界对象的通信和高层决策，下位机负责机器人执行机构的底层控制，并将采样获得的里程计信息、超声波传感器信息和储能状态信息上传给机器人大脑。该发明采用了全景视觉、前向视觉以及超声波传感器感知外界环境，其中的前向视觉采用的摄像头其镜面垂线与地平线所成角度较大，使得前向视觉的有效感知范围变小，即在机器人足球比赛中对场上的足球及对方机器人感知距离变小，不能及时的感知环境的变化；其近端视觉采用的超声波传感器来感知机器人的前方信息，虽然可以有效的感知机器人前方的环境，但是由于超声波传感器的价格过高，因而使得该专利感知系统的性价比过低。

中国专利ZL02132744.0公开的《全自主型足球机器人及其智能控制系统》(哈尔滨工业大学)，它涉及一种高智能化机器人及其控制系统。该系统采用旋转摄像机、固定摄像机、超声波传感器探头和超声波传感器来感知环境，其中，固定摄像机起到了前向视觉的作用；旋转摄像机起到的是全景摄像的作用，旋转摄像机虽然能够在摄像机所对着的方向上进行有效的感知，但当旋转摄象机与固定摄像机在同一方向上时，就不能感知与固定摄象机相反方向的环境信息，从而缺乏对整个场地环境的把握，不能保证其他方向上的环境感知；超声波传感器虽然能够感知机器人周围的近端信息，但是在比赛过程中，超声波传感器不能有效感知足球、机器人、球门和围拦的区别，易造成误判的情况。此外，超声波传感器也存在性价比不高的问题。