第2卷第4期 智能系统学报 Vol.2№4 2007年8月 CAAI Transactions on Intelligent Systems Aug.2007 RoboCup比赛环境下足球机器人路径规划研究 黄彦文，曹其新 (上海交通大学机器人研究所，上海200240) 摘要：RoboCup中型组足球机器人比赛具有高度的对抗性和实时性.比赛中机器人需要针对不同的比赛态势进行 角色切换和任务选择在这种环境下，应用传统人工势场或一般改进型人工势场的路径规划方法都无法得到令人满 意的结果.将障碍物与机器人之间的相对速度矢量以及目标与机器人之间的相对速度矢量分别引入人工势场法中， 对传统的势场函数进行了改进：并根据机器人的不同角色和任务，采用模糊逻辑方法对势场函数进行修正，提出一 种处理多角色多任务环境的改进型人工势场法机器人路径规划方法.仿真试验和实际应用验证了此算法在足球机 器人比赛系统中的可行性 关键词：人工势场；模糊逻辑；路径规划；多角色多任务环境；足球机器人 中图分类号：TP242.6文献标识码：A文章编号：16734785(2007)04-0052-06 Path planning for robot soccer in the RoboCup environment HUANG Yamwen,CAO Qimxin (Research Institute of Robotics,Shanghai Jiaotong University,Shanghai 200240,China) Abstract:The RoboCup middle size robot soccer game is full of intense competition and has a strong real- time property.During a match,a robot must change its roles and tasks,in real-time,according to the game situation.In this situation we cannot get satisfactory results using a traditional or even an improved artificial potential field.This paper proposes a new improved potential field method based on fuzzy logic to deal with the multi-task/multi-role situation.It can effectively analyze the effects of relative location and velocity on the robots,the obstacles,and the goals.Computer simulations demonstrate the effectiveness of path planning using the new potential field method. Key words :artificial potential field;fuzzy logic method;path planning;multi-task multi-role situation;ro- bot soccer RoboCup中型组机器人足球比赛是一类典型 传统的人工势场法存在局部最小值、在障碍物 的对抗性动态环境下移动机器人的自主控制任务. 前易发生振荡、不适应动态环境等缺陷.为了解决动 在比赛中，机器人具有前锋、中场、后卫、守门员等不 态环境下的避障问题，NY.Kos将机器人和障碍 同的角色，需要完成寻球、带球、防守、射门、拦截等 物之间的相对速度在它们位置连线上的投影作为加 不同任务山.无碰撞路径规划在其中扮演了不可或 权因素，对二者的实际距离进行修正，建立虚距离概 缺的角色.当前具有代表性的路径规划方法有C· 念，以虚距离为变量建立势场；S.S.Ge11通过引入 空间法)、人工势场法.1、拓扑学法、可视图法、 相对速度信息重新定义势函数，解决动态环境下机 人工智能法.61以及启发式搜索法1等.考虑到足器人的路径规划问题；T.Fraichard在相对速度 球机器人比赛中的实时性要求，人工势场法以其数 方向上施加力的作用，解决非完整约束移动机器人 学描述简洁、计算量小、实时性高等优点，成为解决 的动态避碰问题；文献[12]也提出一种基于相对威 比赛环境下移动机器人无碰撞路径规划的最常用的 胁系数的改进型人工势场方法，并在足球机器人比 方法之一，并得到了非常广泛的应用34，) 赛系统中进行了验证.然而，在RoboCup中型组足 球机器人比赛中，具有较高智能的机器人需要根据 收稿日期：200612-14. 当前的比赛态势改变自身的角色并选择不同的任 基金项目：国家高技术研究发展计划资助项目(2006AA04261). 务.而上述传统的机器人路径规划方法往往忽略了 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.htp://www.cnki.net第 2 卷第 4 期 智 能 系 统 学 报 Vol. 2 №. 4 2007 年 8 月 CAAI Transactions on Intelligent Systems Aug. 2007 RoboCup 比赛环境下足球机器人路径规划研究 黄彦文 ,曹其新 (上海交通大学 机器人研究所 ,上海 200240) 摘 要 :RoboCup 中型组足球机器人比赛具有高度的对抗性和实时性. 比赛中机器人需要针对不同的比赛态势进行 角色切换和任务选择. 在这种环境下 ,应用传统人工势场或一般改进型人工势场的路径规划方法都无法得到令人满 意的结果. 将障碍物与机器人之间的相对速度矢量以及目标与机器人之间的相对速度矢量分别引入人工势场法中 , 对传统的势场函数进行了改进 ;并根据机器人的不同角色和任务 ,采用模糊逻辑方法对势场函数进行修正 ,提出一 种处理多角色多任务环境的改进型人工势场法机器人路径规划方法. 仿真试验和实际应用验证了此算法在足球机 器人比赛系统中的可行性. 关键词 :人工势场 ;模糊逻辑 ;路径规划 ;多角色多任务环境 ;足球机器人 中图分类号 : TP24216 文献标识码 :A 文章编号 :167324785 (2007) 0420052206 Path planning for robot soccer in the RoboCup environment HUAN G Yan2wen , CAO Qin2xin (Research Institute of Robotics , Shanghai Jiaotong University , Shanghai 200240 , China) Abstract :The RoboCup middle size robot soccer game is f ull of intense competition and has a strong real2 time property. During a match , a robot must change its roles and tasks , in real2time , according to t he game sit uation. In t his sit uation we cannot get satisfactory results using a traditional or even an improved artificial potential field. This paper proposes a new improved potential field method based on f uzzy logic to deal wit h t he multi2task/ multi2role sit uation. It can effectively analyze t he effects of relative location and velocity on t he robots , t he obstacles , and t he goals. Comp uter simulations demonstrate t he effectiveness of pat h planning using the new potential field method. Keywords :artificial potential field ; f uzzy logic method ; path planning ; multi2task multi2role sit uation ; ro2 bot soccer 收稿日期 :2006212214. 基金项目 :国家高技术研究发展计划资助项目(2006AA04Z261) . RoboCup 中型组机器人足球比赛是一类典型 的对抗性动态环境下移动机器人的自主控制任务. 在比赛中 ,机器人具有前锋、中场、后卫、守门员等不 同的角色 ,需要完成寻球、带球、防守、射门、拦截等 不同任务[1 ] . 无碰撞路径规划在其中扮演了不可或 缺的角色. 当前具有代表性的路径规划方法有 C - 空间法[2 ] 、人工势场法[ 2 - 4 ] 、拓扑学法[2 ] 、可视图法、 人工智能法[5 - 6 ] 以及启发式搜索法[2 ] 等. 考虑到足 球机器人比赛中的实时性要求 ,人工势场法以其数 学描述简洁、计算量小、实时性高等优点 ,成为解决 比赛环境下移动机器人无碰撞路径规划的最常用的 方法之一 ,并得到了非常广泛的应用[3 - 4 ,7 - 11 ] . 传统的人工势场法存在局部最小值、在障碍物 前易发生振荡、不适应动态环境等缺陷. 为了解决动 态环境下的避障问题 ,N1 Y1 Ko [8 ] 将机器人和障碍 物之间的相对速度在它们位置连线上的投影作为加 权因素 ,对二者的实际距离进行修正 ,建立虚距离概 念 ,以虚距离为变量建立势场 ;S. S. Ge [10 ] 通过引入 相对速度信息重新定义势函数 ,解决动态环境下机 器人的路径规划问题 ; T. Fraichard [ 11 ] 在相对速度 方向上施加力的作用 ,解决非完整约束移动机器人 的动态避碰问题 ;文献[ 12 ]也提出一种基于相对威 胁系数的改进型人工势场方法 ,并在足球机器人比 赛系统中进行了验证. 然而 ,在 RoboCup 中型组足 球机器人比赛中 ,具有较高智能的机器人需要根据 当前的比赛态势改变自身的角色并选择不同的任 务. 而上述传统的机器人路径规划方法往往忽略了 © 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net