本論文提出一多機器人合作策略設計方法。本論文使用機器人作業系統2(Robot Operating System 2, ROS2)建立多機器人通訊協定，並分享各自的機器人狀態和觀察到的球場資訊。之後透過資訊融合方法建立起雲端虛擬球場地圖。本論文根據球場的資訊去設計多機器人的合作策略。此多機器人合作策略根據場上機器人的位置，進行(1)群體機器人進攻、(2)聯合防守及(3)互相合作等三種策略。多機器人合作策略與單機器人策略不同的地方，在於多機器人會互相通訊後一起執行策略，以藉此增加進攻或防守的成功率。
在實驗結果部分，本文所提出的多機器人合作策略，可以得到更多的進攻機會與增加防守的成功率。

This thesis proposes a design method to multi-robot collaboration strategy. This thesis uses Robot Operating System 2 (Robot Operating System 2, ROS2) to establish a multi-robot communication protocol and share their robot status and observed information. After that, a field was established through information fusion. This thesis designs multi-robot cooperation strategies based on the information of the virtual field in the cloud. This multi-robot cooperation strategy is according the position of the robots on the field to carry out (1) attack with group robot, (2) joint defense and (3) mutual cooperation. The difference between the multi-robot cooperation strategy and the single-robot strategy is that the multi-robots will communicate with each other to execute the strategy together to increase the success rate of offense or defense.
In the experimental results, the multi-robot cooperation strategy proposed in this thesis can get more offensive opportunities and increase the success rate of defense.

目錄
中文摘要		I
英文摘要		II
目錄		III
圖目錄		V
表目錄		VIII
中英文對照表	IX
第一章	緒論	1
1.1 研究背景	1
1.2 研究動機	3
1.3 論文組織	4
第二章	機器人系統介紹	6
2.1 實驗平台	6
2.2 機器人作業系統背景介紹	9
2.3 系統架構	13
第三章	機器人影像前處理	15
3.1 障礙物偵測	15
3.2 機器人定位	23
3.3 足球動態追蹤	26
第四章	多機器人策略設計	29
4.1 單機器人策略	29
4.2 多機器人策略	37
4.3 路徑規劃	47
第五章	實驗結果	54
5.1 統計數據方法	54
5.2 數據結果	56
第六章	結論與未來展望	59
6.1 結論	59
6.2 未來展望	59
參考文獻		60
 
圖目錄
圖1.1、FIRA	1
圖1.2、RoboCup	1
圖1.3、場地尺寸圖	2
圖1.4、比賽足球	2
圖2.1、第六代足球機器人	6
圖2.2、全方位輪	7
圖2.3、足球機器人之底部模型圖	7
圖2.4、全方位攝影機	7
圖2.5、全方位視覺影像	8
圖2.6、雙曲面鏡	8
圖2.7、變焦鏡頭	9
圖2.8、攝影機	9
圖2.9、史丹佛大學開發之機器人	10
圖2.10、使用ROS實現之機器人	11
圖2.11、ROS1/ROS2架構[15]	12
圖2.12、ROS星狀架構	13
圖2.13、ROS2網狀架構	13
圖2.14、系統架構概要	14
圖3.1、HSV色彩模型	16
圖3.2、影像的有效範圍	17
圖3.3、直角坐標搜尋法	18
圖3.4、極座標搜尋法	19
圖3.5、極座標跳躍搜尋法	19
圖3.6、物件偵測	20
圖3.7、物件邊緣偵測	20
圖3.8、黑色障礙物偵測	21
圖3.9、全部物體偵測結果	22
圖3.10、定位與偵測資訊圖	22
圖3.11、定位影像前處理	23
圖3.12、已知環境地圖	24
圖3.13、機器人移動時粒子更新步驟	24
圖3.14、蒙地卡羅定位示意圖	25
圖3.15、場地白線誤差值演算法	25
圖3.16、攔截足球示意圖	27
圖3.17、足球速度計算流程圖	27
圖4.1、系統架構圖	29
圖4.2、繞球追球說明	31
圖4.3、繞球追球策略示意圖	31
圖4.4、直線追球策略示意圖	32
圖4.5、搶球策略示意圖	33
圖4.6、繞球控制策略示意圖	34
圖4.7、直線進攻策略示意圖	35
圖4.8、背向進攻策略示意圖	35
圖4.9、阻擋策略示意圖	36
圖4.10、多機器人策略流程圖	37
圖4.11、敵方背向進攻的搶球合作示意圖	39
圖4.12、敵方正面進攻的搶球合作示意圖	41
圖4.13、助攻路徑	42
圖4.14、進攻合作示意圖	43
圖4.15、防守合作示意圖	43
圖4.16、中心編隊分配	44
圖4.17、環形編隊分配	45
圖4.18、防守編隊	46
圖4.19、全方位移動的向量轉換	47
圖4.20、機器人的動態視窗與可視範圍	48
圖4.21、機器人的移動軌跡	48
圖4.22、全方位移動的移動軌跡	49
圖4.23、障礙物與右側移動軌跡	51
圖4.24、避障移動軌跡	53
圖5.1、開球位置示意圖	54
圖5.2、第五代足球機器人	55
圖5.3、第七代足球機器人	56
 
表目錄
表2.1、第六代機器人規格	6
表5.1、第五代機器人規格	55
表5.2、第七代機器人規格	56
表5.3、第六代機器人(新策略)對戰第五代機器人一對一	57
表5.4、第六代機器人(新策略)對戰第六代機器人(舊策略)一對一	57
表5.5、第六代機器人(新策略)對戰第七代機器人一對一	57
表5.6、第六代機器人(新策略)對戰第五代機器人三對三	58
表5.7、第六代機器人(新策略)對戰第七代機器人三對三	58

[1]	FIRA, URL: http://www.fira.net
[2]	RoboCup, URL: http://www.robocup.org
[3]	FIFA, URL: http://www.fifa.com/
[4]	ROS, URL: http://www.ros.org
[5]	A. Y. Ng, S. Gould, M. Quigley, A. Saxena and E. Berger, “STAIR: Hardware and Software Architecture.” AAAI 2007 Robotics Workshop, 2007.
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[11]	Nao, URL: http://www.nao.com.tw
[12]	Atlas, URL: http://www.bostondynamics.com/robot_Atlas.html
[13]	youBot, URL: http://www.youbot-store.com/youbot-store/products/youbots/
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