[发明专利]一种足球机器人目标追踪方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于机器人视觉技术领域，尤其是涉及一种足球机器人目标追踪方法及系统。 

背景技术

足球机器人系统作为一个典型的多智能体系统，它为智能理论研究及多种技术的集成应用提供了良好的实验平台，对足球机器人在运动过程中能够根据周围环境的变化而自主的采取相应措施的能力要求也越来越强，这涉及到机器人定位、路径规划、协调控制、目标追踪及决策等一系列研究课题。 

机器人目标追踪的主要任务是根据上层决策系统提供的目标对象和控制对象状态，包括目标对象和控制对象的位置、朝向，在具有障碍物的环境中，考虑到系统延时的情况，准确快速的估计出运动中的目标对象和控制对象（机器人）的状态，实现机器人的目标追踪和精确控制。 

在目标追踪方面，研究者们提出过很多算法，如蚁群算法、势场法、遗传算法等，这些算法在理论上实现了在特定模型中机器人的目标追踪，但并未考虑到现实环境中外界的干扰及机器人自身的延时、通信等条件的限制，距实际应用还有一定的距离。例如，申请号为201120313058.3的中国专利公开了一种室内移动机器人双目视觉导航系统，采用全局红外视觉定位方式，结合传感器信息，实现室内足球机器人高精度的定位与导航的室内足球机器人双目视觉导航，但它仅适用于障碍物固定且环境较稳定、单一机器人操作的情况；申请号为201220043504.8的中国专利公开了一种网络摄像头的移动机器人目标追踪平台，该平台为低成本、可移植性强、有足够计算能力和一定数量传感器的QuickCam网络摄像头的移动 机器人目标追踪平台；申请号为200810119587.2的中国专利公开了一种基于可行通道的机器人目标追踪方法，该方法使机器人通过自身视觉、超声、红外传感器和码盘提供的信息实现静态障碍物环境下对目标的无碰追踪；申请号为200810184912.3的中国专利公开了一种焊接机器人，提供了一种焊接机器人在双丝焊接焊缝追踪的方法；申请号为200710060125.3的中国专利公开了一种室内环境下机器人自主搜寻气味源的方法。但是从现有的专利看，大部分是固定环境或障碍物条件下，单一机器人的运动控制或目标追踪，未见到可应用于足球机器人目标追踪的方法及系统。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种步骤简单、实现方便、能够实现快速、准确的足球机器人目标追踪的足球机器人目标追踪方法。 

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种足球机器人目标追踪方法，所述足球机器人为由三个全向轮构成运动机构的三轮全向足球机器人，其特征在于该方法包括以下步骤： 

步骤一、采用数据处理器建立足球机器人在足球场场地坐标下的运动模型： 

其中，S_x为足球机器人在足球场场地上的X轴方向的位移，S_y为足球机器人在足球场场地上的Y轴方向的位移，Φ为足球机器人在足球场场地上的转动角度，(S_x,S_y,Φ)为足球机器人的位姿信息；R为全向轮的半径，θ为足球机器人沿足球机器人坐标x轴方向的运动速度v_x与足球场场地坐标X轴之间的夹角，α为足球机器人沿足球机器人坐标x轴方向的运动速度v_x与直线d之间的夹角，所述直线d为落于足球机器人坐标第一象限内的全向轮的质心与足球机器人坐标原点的连线;L为三个全向轮中任意一个 的质心与足球机器人的质心之间的距离，且三个全向轮的质心与足球机器人质心之间的距离相等；分别为三个全向轮转动的角度；所述足球场场地坐标是以足球场中心点为坐标原点和以足球机器人进攻方向为Y轴正方向的前提下，以符合右手坐标系的方向为X轴正方向建立的；所述足球机器人坐标是以足球机器人质心为坐标原点和以足球机器人正前方的方向为y轴正方向的前提下，以符合右手坐标系的方向为x轴正方向建立的； 

步骤二、采用数据处理器对步骤一中建立的足球机器人在足球场场地坐标下的运动模型进行离散化，得到足球机器人在足球场场地坐标下的状态方程： 

x_k=f(x_k-1,u_k-1)+η_k-1