0   引言

    機(jī)器人足球是研究移動(dòng)機(jī)器人和多智能體系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái),涉及機(jī)器視覺與傳感信息融合技術(shù)、無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、基于知識(shí)的行為決策技術(shù)、嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)、多Ａｇｅｎｔ協(xié)調(diào)與合作技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、機(jī)電一體化技術(shù)、人造皮膚與人工生命學(xué)技術(shù)、社會(huì)組織學(xué)、對(duì)策論等關(guān)鍵技術(shù)^[1]，世界各國(guó)研究機(jī)構(gòu)都視其為“小平臺(tái)上的技術(shù)戰(zhàn)爭(zhēng)”。在機(jī)器人足球比賽中，路徑規(guī)劃是決策系統(tǒng)的核心，主要應(yīng)用于機(jī)器人底層策略中,作為足球機(jī)器人基本動(dòng)作實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ),他的優(yōu)劣將直接影響動(dòng)作的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。目前，基于全局視覺的半自主型足球機(jī)器人路徑規(guī)劃方法已趨于成熟，C-空間法，人工勢(shì)場(chǎng)法，可視圖法，拓?fù)浞ê蜄鸥穹ǖ榷家呀?jīng)在仿真和實(shí)際操作方面得到了很好的實(shí)現(xiàn)^[2]。而基于自主視覺的全自主型足球機(jī)器人路徑規(guī)劃由于彩色CCD視角的限制、自主視覺的深度信息丟失兩個(gè)原因，很難判斷機(jī)器人本體和目標(biāo)在場(chǎng)上的全局位置，無法進(jìn)行精確的位置規(guī)劃，從而無法進(jìn)行最優(yōu)路徑選擇。本文根據(jù)基于自主視覺的路徑規(guī)劃的特點(diǎn)，提出了機(jī)器人在不確定信息下的二圓定位規(guī)劃方法。實(shí)驗(yàn)證明，這種規(guī)劃方法使機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制具有更大的靈活性和魯棒性，使機(jī)器人的路徑規(guī)劃滿足快速性，準(zhǔn)確性，和攻守兼?zhèn)湫缘囊蟆?/SPAN>

1   利用不確定的位置信息對(duì)機(jī)器人和目標(biāo)進(jìn)行全局定位

    機(jī)器人進(jìn)行全局定位的依據(jù)是兩個(gè)并存的坐標(biāo)系：即基于機(jī)器人的相對(duì)坐標(biāo)系和基于場(chǎng)地的全局坐標(biāo)系^[3]。相對(duì)坐標(biāo)系用來確定目標(biāo)相對(duì)于機(jī)器人的位置，而全局坐標(biāo)系用來確定機(jī)器人或目標(biāo)在場(chǎng)地內(nèi)的全局位置。機(jī)器人全局定位的方法有很多，我們采用了基于內(nèi)部坐標(biāo)定位和基于視覺定位相結(jié)合的方法?；趦?nèi)部坐標(biāo)定位就是通過對(duì)電機(jī)碼值反饋進(jìn)行運(yùn)算來確定機(jī)器人位置的方法。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)獲取容易，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)初期的定位比較準(zhǔn)確；缺點(diǎn)是隨著電機(jī)切換次數(shù)的增加，機(jī)器人的位姿誤差將產(chǎn)生積累?；谝曈X定位是指機(jī)器人通過視覺系統(tǒng)獲取圖像，然后根據(jù)場(chǎng)地某些特定標(biāo)志的相對(duì)坐標(biāo)來確定全局坐標(biāo)的方法。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)特定標(biāo)志位于屏幕中心區(qū)域時(shí)所得數(shù)據(jù)的誤差較?。蝗秉c(diǎn)是由于受到CCD視角的限制，數(shù)據(jù)獲取比較困難，并且當(dāng)特定標(biāo)志位于屏幕邊緣區(qū)域時(shí)，數(shù)據(jù)的誤差較大。因此我們把這兩種方法結(jié)合起來進(jìn)行優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，來減小機(jī)器人全局定位的誤差。由于全局定位誤差的存在，機(jī)器人可能的實(shí)際位置不再是一個(gè)點(diǎn)，而是一個(gè)以該點(diǎn)為中心的區(qū)域，在該區(qū)域內(nèi)部的每一點(diǎn)都有可能是機(jī)器人的實(shí)際位置。

    根據(jù)光學(xué)的折射原理，處于圖像邊緣的目標(biāo)由于折射角度較大，從而失真較大，由此產(chǎn)生的信息誤差也越大。所以實(shí)際距離與圖像距離（柵點(diǎn)與柵點(diǎn)的距離）表現(xiàn)為非線性關(guān)系。盡管由于自主視覺深度信息的丟失，我們對(duì)于二者非線性關(guān)系曲線的擬合，在理論上都無法達(dá)到無限逼近的效果。但是我們卻可以通過某種算法，標(biāo)定出擬合誤差在什么樣的范圍之內(nèi)。

1.1 基于內(nèi)部坐標(biāo)的全局定位

    機(jī)器人在第N次電機(jī)轉(zhuǎn)換時(shí)的全局坐標(biāo)（X（N），Y（N））與全局誤差半徑R（N）的推導(dǎo)公式如下：在（1）式中V1（N），V2（N），ΔV（N）分別代表第N次電機(jī)轉(zhuǎn)換的左輪速，右輪速和輪速差。（2）式為m級(jí)多項(xiàng)式，用來對(duì)第N次電機(jī)轉(zhuǎn)換時(shí)的輪速差ΔV（N）和由此產(chǎn)生的姿態(tài)誤差Δθ（N）的關(guān)系進(jìn)行擬合。在（3）式中Pr為轉(zhuǎn)動(dòng)慣性系數(shù)，與機(jī)器人重心到轉(zhuǎn)動(dòng)中心的距離和機(jī)器人本體的質(zhì)量有關(guān)。在（4）式中Eθ（N）代表第N次電機(jī)轉(zhuǎn)換時(shí)總的姿態(tài)誤差。在（5）式中Pg為前向慣性系數(shù)，與機(jī)器人本體的質(zhì)量有關(guān)。在（6）式中Ψ（N-1）為機(jī)器人位移方向與Y軸正方向的夾角，S（N-1）為位移大小。