淡江大學覺生紀念圖書館 (TKU Library)
進階搜尋


系統識別號 U0002-0608202014062500
中文論文名稱 多機器足球員協作策略開發
英文論文名稱 Development of Multi-Soccer Robot Collaboration Strategy
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 電機工程學系機器人工程碩士班
系所名稱(英) Master’s Program In Robotics Engineering, Department Of Electrical And Computer Engineering
學年度 108
學期 2
出版年 109
研究生中文姓名 康育銘
研究生英文姓名 Yu-Ming Kang
學號 607470357
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2020-07-14
論文頁數 63頁
口試委員 指導教授-李世安
委員-李世安
委員-劉智誠
委員-馮玄明
中文關鍵字 多機器人協作  移動型機器人  機器人作業系統2 
英文關鍵字 Behavior Decision  Mobile Robot  Robot Operating System 2(ROS2) 
學科別分類
中文摘要 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。
英文摘要 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.
論文目次 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

參考文獻 [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.
[6] A. Y. Ng, S. Gould, M. Quigley, A. Saxena, and E. Berger, “STAIR: The STanford Artificial Intelligence Robot project.” Snowbird, 2008.
[7] K. Wyrobek, E. Berger, H.F.M. Van der Loos, and K. Salisbury, “Towards a Personal Robotics Development Platform: Rationale and Design of an Intrinsically Safe Personal Robot,” 2008 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), pp. 2165 - 2170, 2008.
[8] 黃文鴻,於ROS之地圖建置與探索系統設計,淡江大學電機工程研究所碩士論文(指導教授:李世安),2016。
[9] PR2, URL: https://www.willowgarage.com/pages/pr2/overview.
[10] J. Maitin-Shepard, M. Cusumano-Towner, J. Lei, and P. Abbeel, “Cloth Grasp Point Detection based on Multiple-View Geometric Cues with Application to Robotic Towel Folding,” 2010 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), pp. 2308 - 2315, 2010.
[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/
[14] ROS2 on DDS URL: http://design.ros2.org/articles/ros_on_dds.html
[15] Y. Maruyama, S. Kato, T. Azumi, “Exploring the Performance of ROS2,” 2016 EMSOFT '16: Proceedings of the 13th International Conference on Embedded, pp.1-10, 2016.
[16] 盧惠民,肖軍浩,鄭志強,等 ,ROS與中型組足球機器人,國防工業出版社,2016。
[17] 劉斐,盧惠民,鄭志強,基於線性分類器的混合空間查找顏色分類方法,中國圖像圖形學報,2008。
[18] F. von Hundelshausen, M. Schreiber, F. Wiesel, A. Liers and P. Rojas, “Matrix: A force field pattern matching method for mobile robots,” Technical Report B-08-03, Free University of Berlin, 2003.
[19] M. Lauer, S. Lange and M. Riedmiller, “Calculating the perfect match: An efficient and accurate approach for robot self-localization,” RoboCup 2005: Robot Soccer World Cup IX. Berlin/Heidelberg: Springer-Verlag, pp.142-153, 2006.
[20] 李健、鍾瑞永、楊清富,適應性卡爾曼濾波器於感測器訊號雜訊消除及錯誤偵測之應用,臺南區農業改良場研究彙報 67:62-72,2016。
[21] S. Cousins, B. Gerkey, K. Conley, and W. Garage, “Sharing software with ROS [ROS topics],” IEEE Robotics & Automation Magazine, vol. 17, no. 2, pp. 12–14, 2010.
[22] Point Cloud Library (PCL). URL: http://pointclouds.org/.
[23] S. Cousins, B. Gerkey, K. Conley, and W. Garage, “Sharing software with ROS [ROS topics],” IEEE Robotics & Automation Magazine, vol. 17, no. 2, pp. 12–14, 2010.
[24] Point Cloud Library (PCL). URL: http://pointclouds.org/.
[25]N. Ensslen, “Introducing rosc,” In ROS Developers Conference, 2013.
[26]M. Migliavacca and A. Zoppi, “μROSnode: running ROS on microcontrollers,”, In ROS Developers Conference, 2013.
[27]H. Wei, Z. Shao, Z. Huang, R. Chen, Y. Guan, J. Tan, and Z. Shao, “RT-ROS: A real-time ROS architecture on multi-core processors, Future Generation Computer Systems, vol. 56, pp. 171–178, 2015.
[28] S. Thrun, W. Burgard, D. Fox “Probabilistic Robotics” MIT Press, 2005.
[29] 鄭期元,基於AKF之感測器融合應用於移動型機器人之定位系統,淡江大學電機工程學系(指導教授:李祖添、李世安),2017。
[30] 劉秋豪,五對五機器人足球系統的策略設計與群對控制,淡江大學機械工程學碩士系論文(指導教授:王銀添),2003。
[31] 陳子原,自主足球機器人系統之行為式控制,淡江大學機械與機電工程學系碩士論文(指導教授:王銀添),2006。
[32] 吳之恩,基於ROS之足球機器人策略系統,淡江大學電機工程學系機器人工程碩士班碩士論文(指導教授:李世安),2015。
[33] 柳林,劉斐,季秀才,等,全向移動機器人編隊分布式控制研究,機器人,29卷1期 ,pp.23 – 28,2007。
[34] 連振宇,基於全方位影像的距離測量之移動機器人避障,淡江大學電機工程學系碩士論文 (指導教授:李世安),2017。
[35] 許益嘉,中型足球機器人之即時避障與控制策略之研究,成功大學電機工程學系學位論文(指導教授:李祖聖),2005。
[36] 楊甄寧,基於人工勢場法之自走車避障策略之實現,清華大學動力機械工程學系學位論文(指導教授:陳建祥),2013。
[37] W. Yao, Z. Zeng, X. Wang, H. Lu and Z. Zheng, “Distributed Encirclement Control with Arbitrary Spacing for Multiple Anonymous Mobile Robots,” IEEE Proceedings of the 36th Chinese Control Conference (CCC), pp. 8800-8805, 2017.
[38] W. Dai, H. Lu, J. Xiao and Z. Zheng, “Task Allocation without Communication Based on Incomplete Information Game Theory for Multi-robot Systems,” Journal of Intelligent & Robotic Systems, vol. 94, no. 3-4, pp. 841-856, 2019.
論文使用權限
  • 同意紙本無償授權給館內讀者為學術之目的重製使用,於2023-07-31公開。
  • 同意授權瀏覽/列印電子全文服務,於2023-07-31起公開。


  • 若您有任何疑問,請與我們聯絡!
    圖書館: 請來電 (02)2621-5656 轉 2486 或 來信