足球机器人控制系统设计

第３Ｏ卷第１期　２００８年Ｏ１月　武汉工程大学学报　Ｊ．　Ｗｕｈａｎ　Ｉｎｓｔ．Ｔｅｃｈ．　文章编号：１００４—４７３６（２００８）Ｏｌ一０１０４—０４　Ｖｏ１．３Ｏ　Ｎｏ．１　Ｊａｎ．　２００８　

基于ＬＭ６　２　９对足球机器人运动控制的设计　

王　为　（赫尔辛基理工大学通信工程学院，芬兰赫尔辛基０２１５０）　摘要：阐述了如何利用ＡＴＭｅｇａ８５３５微控制器、运动控制芯片ＬＭ６２９及马达驱动芯片ＬＭ１８２９８构建Ｆ＿　１８０小型组足球机器人的运动控制系统．此运动控制系统简化了整个机器人控制系统的硬件设计，提供了精　确、高性能的实时计算，并说明了ＬＭ６２９的工作原理及基于此芯片的运动控制模块的硬件实现，介绍了相应　的软件设计方法．　关键词Ｉ，Ｊ、型组足球机器人；运动控制器；马达控制器；ＬＭ６２９；ＡＴＭｅｇａ８５３５　中图分类号：ＴＭ　３８３．４　１；ＴＭ　９２１．５；ＴＰ　２４２．６　文献标识码：Ａ　

０　引　言　ＲｏｂｏＣｕｐ（Ｒｏｂｏｔ　Ｗｏｒｌｄ　Ｃｕｐ）是一个以足球　比赛为形式，通过比赛测试新技术从而促进人工　智能、机器人技术以及相关领域发展的项目，同时　它也为机器人硬件、软件技术的研究提供了广阔　平台．足球机器人比赛分为小型足球机器人组、中．　型足球机器人组、四足型足球机器人组（索尼狗型　机器人）、人型机器人组、仿真足球机器人组以及　救援机器人组和仿真救援机器人组等７种形式．　小型足球机器人由机器人小车、无线通信模　块、视觉捕捉系统与远程策略控制模块组成（见图　１）．机器人小车包含机械部分、电源模块、无线通　信接收模块、中央处理模块、运动控制模块、马达　控制模块等六个部分．ＢＯＴＮＩＡ小型足球机器人　选用英国Ｒａｄｉｏｍｅｔｒｉｘ公司的ＳＰ２—４３３—１６０型收　发器作为通信模块，美国ＡＴＭＥＬ公司的　ＡＴＭｅｇａ８５３５作为主处理器，ＬＭ６２９作为运动控　制器，并使用美国国家半导体公司的２Ａ步进驱动　芯片ＬＭ１８２９８作为马达控制器等构成机器人小　车电子硬件主体．在国际小型足球机器人的研究　与设计中，德国柏林自由大学、新加坡理工学院等　为世界领先的学校，比赛中表现很突出．国内则是　浙江大学、哈尔滨工业大学作为领先的高校．　

机器人足球赛程序设计实验指导书 （本指导书版权归合肥工业大学机器人足球研究小组所有） 实验1 机器人足球比赛编程预备知识 1、实验目的 掌握RoboCup仿真机器人足球比赛相关知识点，具体内容如下： （1） Linux操作系统的熟悉及了解其基本操作。 （2） 掌握Linux下如何进行C++编程，了解gcc编译器以及一些简单编辑工具，如：vi、emacs、gedit、Anjuta、Kdevelope等。 （3） 启动RoboCup仿真（2D）足球队的比赛。 2、实验设备 硬件环境：PC机 软件环境：操作系统Linux 3、实验内容 （1）掌握Linux一些常用的命令： z 更改账号密码 格式：passwd 输入后，屏幕显示： Old password: New password: Retype new password: z 联机帮助 格式： man [命令名] 例如： man ls 屏幕上就会显示所有ls的用法。 z 文件或目录处理 格式：ls [-atFlgR][name] 第一项是一些语法加量。第二项是文件名。 常用的方法有： ls 列出当前目录下的所有文件。 ls –a 列出包括以 ．开始的隐藏文件的所有文件名。 ls –t 依照文件最后修改时间的顺序列出文件名。 ls –F 列出当前目录下的文件名及其类型。以/结尾表示为目录名、以*结尾表示未可执行文件、以@结尾表示为符号连接。 ls –l 列出目录下所有文件的权限、所有者、文件大小、修改时间及名称。 ls –lg 同上，并显示出文件的所有者工作组名。 ls –R 显示出目录下以及其所有子目录的文件名。 z 改变工作目录 格式:： cd [name] name ：目录名、路径或目录缩写。 常用的方法有： cd 改变目录位置至用户登录时的工作目录。 cd dirl 改变目录位置至dirl目录下。 cd ~user 改变目录位置至用户的工作目录。 cd .. 改变目录位置至。 cd ../user 改变目录位置至相对路径user的目录下。 cd /../.. 改变目录位置至绝对路径的目录位置下。 z 复制文件 格式：cp [-r] 源地址 目的地址 常用的方法有： cp file1 file2 将文件file1 复制成 file2 cp file1 dir1 将文件file1复制到目录dir1下，文件名仍为file1。 cp /tmp/file1 将目录/tmp 下的文件file1复制到当前目录下，文件名仍为file1。 cp /tmp/file1 file2 将目录/tmp 下的文件file1复制到当前目录下，文件名仍为file2。 cp -r dir1 dir2 复制整个目录。 z 移动或更改文件、目录名称 格式：mv 源地址 目的地址 常用的方法有： mv file1 file2 将文件file1更名为file2。 mv file1 dir1 将文件file1转移到目录dir1下，文件名仍为file1。 mv dir1 dir2 将目录dir1更改为目录dir2。 z 建立新目录 格式：mkdir 目录名 z 删除目录 格式：rmdir [目录名|文件名] 常用的方法有： rm –r dir1 删除目录dir1及其子目录下的所有文件。 z 列出当前所在的目录位置 格式：pwd z 查看文件内容 格式： cat 文件名 z 文件权限的设定 格式：chmod [-R] mode name name：文件名或目录名。 mode：3个或8个数字或rwx的组合。r-read(读权限)、w-write(写权限)、x-execute(执行) 常用的方法有： chmod 777 file1 给所有用户file1全部的权限。 z 文件的解压缩 格式：tar [option] [file] gzip[option] [file] option的组合较为复杂，通常的解压缩方法是： tar czvf filename.tar 通常的压缩方法是： tar xzvf filename.tar 完成以下操作： z 如何找到用户主目录的绝对路径名？在自己的系统上，用户主目录的绝对路径名是什么？ z 将当前工作目录从/home/UVA转到/home/Tsinghua需要使用什么命令？ z 如何显示当前目录？ z 如何在当前目录下建立子目录RoboCup？ z 如何删除子目录RoboCup？ z 如何查看当前目录下的内容？ z 如何将文件start.sh的权限设定为：start.sh属主可读、可写、可执行? z 如何将当前目录包括所有子目录全部做备份文件，备份文件名为first.tar？ z 如何将目录/home下每一个文件压缩成.gz文件？ z 如何把上例中每个压缩的文件解压，并列出详细的信息？ z （2）掌握emacs、vi、gedit等编辑工具以及gcc、anjuta、Kdevelope等编译工具的使用 emacs、vi、gedit等工具是类似Windows操作系统下的txt文本、Word等编辑器工具，完成对文本的编辑工作。以emacs为例介绍一下这类工具的使用情况： emacs 启动: 直接打emacs, 如果有X-windows就会开视窗. 如果不想用X-windows 的版本,就用 emacs -nw (No windows)起动. 注：以下C表示Ctrl健，M表示Alt健。 上下移动 C-p 向上 (previous line) C-n向下(next line) 左右移动 C-f 向右 (forward) C-b 向左 (backward) 翻页 下一页 C-v (view next screen) 上一页 M-v 移到行头 C-a 行尾 C-e 移到句首 M-a 到句尾 M-e 删除游标目前指的/後面的字 C-d 前面的字 DEL (Delete键) M-DEL 往回删一个字(word) M-d 往前删 (游标後面) C-k 删至行尾 (kill) M-k 删到一句子结尾(删到句点) (kill) 结束emacs使用：C-x C-c gcc、anjuta等是Linux下的源程序编译工具，类似Tubro C/Turbo C++、C++builder、VC++等编译工具，以gcc为例介绍一下情况： 看下面的例子：test.c #include main() { char *str="I like Linux! I advices you jion in the Linux World"; printf("%s\n",str); exit(0); } 使用gcc编译。输入gcc -c test.c得到目标文件test.o.-c命令表示对文件进行编译和汇编。但并不连接。如果再健入gcc -o ../bin/test test.o,那么将得到名为test的可执行文件。其实这两不可以一气呵成，gcc ../bin/test test.c.如果程序没有错误救生成了可执行文件。也许你会觉得基于命令行的编译器比不上如VC之类的集成开发环境，的确gcc的界面要改进，但是你一旦熟练了就会感到，gcc的效率如此之高。可以告诉大家的是Linux底下强大的C/C++集成开发环境Kdevelope和Vc一样强大，使用了Gcc编译器。 gcc的一般语法是：gcc [ option | filename ]... g++ [ option | filename ]... 其中 option 为 gcc 使用时的选项，而 filename 为欲以 gcc 处理的文件 说明： 这 C 与 C++ 的 compiler 已将产生新程序的相关程序整合起来。产生一个新的程序需要经过四个阶段：预处理、编译、汇编,连结，而这两个编译器都能将输入的文件做不同阶段的处理。虽然原始程序的扩展名可用来分辨编写原始程序码所用的语言，但不同的 compiler，其预设的处理程序却各不相同： gcc 预设经由预处理过(扩展名为.i)的文件为 C 语言，并于程式连结阶段以 C 的连结方式处理。 g++ 预设经由预处理过(扩展名为.i)的文件为 C++ 语言，并于程序连结阶段以 C++ 的连结方式处理。 源程序的扩展名指出所用编写程序所用的语言，以及相对应的处理方法： 󰂄 .c C 原始程序 ； 预处理、编译、汇编 󰂄 .C C++ 原始程序 ； 预处理、编译、汇编 󰂄 .cc C++ 原始程序 ； 预处理、编译、汇编 󰂄 .cxx C++ 原始程序 ； 预处理、编译、汇编 󰂄 .m Objective-C 原始程序 ； 预处理、编译、汇编 󰂄 .i 已经过预处理之 C 原始程序 ； 编译、汇编 󰂄 .ii 已经过预处理之 C++ 原始程序 ； 编译、汇编 󰂄 .s 组合语言原始程序 ； 汇编 󰂄 .S 组合语言原始程序 ； 预处理、汇编 󰂄 .h 预处理文件(标头文件) ； (不常出现在指令行) 󰂄 其他扩展名的文件是由连结程序来处理，通常有： 󰂄 .o Object file 󰂄 .a Archive file 除非编译过程出现错误，否则 "连结" 一定是产生一个新程序的最后阶段。然而你也可以以 -c、-s 或 -E 等选项，将整个过程自四个阶段中的其中一个停止。在连结阶段，所有与源码相对应的 .o 文件、程序库、和其他无法自文件名辨明属性的文件(包括不以 .o为扩展名的 object file 以及扩展名为 .a 的 archive file)都会交由连结程序来处理(在指令行将那些文件当作连结程序的参数传给连结程序)。 如果一个工程有几个源文件构成，就需要编写Makefile文件，makefile的编写见讲义附录。 完成下面功能： z 使用上述其中之一编辑环境，编写文件counter.h、counter.C、appl.C: //File counter.h class counter { private: unsigned int value; // 私有数据成员 public: counter(void); void increment(void); void decrement(void); unsigned int getvalue(void); }; //File counter.C #include "counter.h" counter::counter(void) {value=0;} // 构造函数(Constructor) void counter::increment(void) { if (value<9999) value++;} void counter::decrement(void) { if (value>0) value--;} unsigned int counter::getvalue(void) { return value;} //File appl.C #include #include "counter.h" void main() { counter c1,c2; for(int i=1; i<5; i++) { c1.increment(); cout<<"c1="<

第３３卷　￡　第２期　Ｎｏ。２　计算机工程　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　２００７年１月　Ｊａｎｕａｒｙ　２００７　・开发研究与设计技术・　文章编号：１ｏｏ　＿３４２８（２ｏｏ７）ＩＩ２—＿０２５争＿＿０２　文献标识码：Ａ　中图分类号：ＴＰ２４２．３　基于ＤＳＰ的足球机器人设计　赵明富，董字，陈艳，张小川　（重庆工学院电子信息与自动化学院，重庆４０００５０）　摘要：通过对目前国内常用足球机器人性能的分析，以提高机器人足球平台硬件系统性能为目标，设计了一种基于ＤＳＰ为控制核心，并　结合Ｆｕｚｚｙ－ＰＩＤ控制算法的足球机器人。实验证明，由于ＤＳＰ存在运算速度快、接口丰富、功耗低等优点，因此对足球机器人的运动性能、　控制精度、实时性都有了极大的改善。　关键词：足球机器人；ＤＳＰ；ＰＷＭ；Ｆｕｚｚｙ－ＰＩＤ算法　Ｓｏｃｃｅｒ　Ｒｏｂｏｔ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｂａｓｅｄ　０ｎ　ＤＳＰ　ＺＩｔＡＯ　Ｍｉｎｇｆｕ，ＤＯＮＧ　Ｙｕ，ＣＩ－ＩＥＮ　Ｙａｎ，　ＡＮＧ　Ｘｉａｏｃｈｕａｎ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　４０００５０）　［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｏｃｃｅｒ　ｒｏｂｏｔ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｃｈｉｎａ　ａｔ　ｐｒｅｓｅｎｔ，ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｒｏｂｏｔｉｃ　ｂｏａｒｄ’Ｓ　ｈａｒｄ　ｗａｒｅ　ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｄｅｓｉｇｎｓ　ａ　ｋｉｎｄ　ｏｆ　ｓｏｃｃｅｒ　ｒｏｂｏｔ　ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ＤＳＰ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｃｏｒｅ　ａｎｄ　ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　Ｆｕｚｚｙ－ＰＩＤ　ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃ　Ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｔｅｓｔｉｆｉｅｓ　ｂｅｃａｕｓｅ　ｏｆｔｈｅ　ｈ　Ｊ　ｓｐｅｅｄ，ｔｈｅ　ｖａｒｉｏｕｓ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｌｏｗ　ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐｏｗｅｒ，ｉｔ　ｉｓ　ｖｅｒｙ　ｇｏｏｄ　ｆｏｒ　ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ　ｔｈｅ　ｒｏｂｏｔ’Ｓ　ａｃｔｉｖｅ　ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ，ｃｏｎｔｒｏｌ　ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　ａｎｄ　ｒｅａｌ　ｔｉｍｅ　ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ．　［Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓｌ　Ｓｏｃｃｅｒ　ｒｏｂｏｔ；ＤＳＰ；ＰＷＭ；Ｆｕｚｚｙ－ＰＩＤ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　机器人足球是人工智能领域与机器人领域的基础研究　课题之一，是一个极富挑战性的高技术密集型项目…。一般　比赛平台主要包括４个子系统　Ｊ：视觉子系统，决策子系统，　通信子系统，机器人（执行）子系统。其中机器人子系统是最　终执行机构，是整个系统的优劣的直观体现。而国内所使用　的足球机器人都存在着启动、制动时间过长、动作精度不高、　运行速度不够、制动力矩不强、机器人稳定性不高，时常有　不受控现象等缺点。针对这些缺点，为改善足球机器人硬件　性能，本文设计了采用数字信号处理器（ＤＳＰ）构成足球机器人　控制单元，并运用Ｆｕｚｚｙ－ＰＩＤ控制算法代替传统单一ＰＩＤ控　制，使控制效果更为理想。　ｌ足球机器人硬件结构　足球机器人硬件结构如图ｌ所示。　

文章编号:100220446(2005)0520431205

集控式足球机器人决策与控制系统设计与开发3

薛方正1,徐心和2,冯挺2

(1.重庆大学自动化学院,重庆　400044;　2.东北大学人工智能与机器人研究所,辽宁沈阳　110004)

摘　要:构建了由视觉子系统、决策子系统、无线通信子系统、机器人小车子系统和总控子系统组成的集控式

足球机器人系统.总结了具有集中视觉、决策与控制的集控式足球机器人系统的控制问题.设计了基于分层递阶

控制结构的足球机器人决策子系统.小车控制器构成“无脑”的执行器,运动控制器中集成了各种各样的动作函数,

组织层则融合了不同的决策方案.长期的开发实践和实战成绩都表明,该系统具有良好的结构和优异的性能.

关键词:机器人足球;决策;分层递阶控制;推理模型;反应式策略

中图分类号:　TP24 文献标识码:　B

DesignandDevelopmentoftheDecision2makingand

ControlSystemofCentralizedSoccerRobot

XUEFang2zheng1,XUXin2he2,FENGTing2

(1.SchoolofAutomation,ChongqingUniversity,Chongqing400044,China;2.InstituteofAI&Robotics,NortheasternUniversity,Shenyang110004,China)

　Abstract:Acentralizedsoccerrobotsystemcomposedofsuchsubsystemsasvision,decision2making,wirelesscommuni2

cation,robotcarandconsoleisconstructed.Thispapersummarizesthecontrolproblemsofthecentralizedsoccerrobotsys2