系統識別號 | U0002-1409201511213900 |
---|---|
DOI | 10.6846/TKU.2015.00397 |
論文名稱(中文) | 基於ROS之足球機器人策略系統 |
論文名稱(英文) | ROS-based Soccer Robot Strategy System |
第三語言論文名稱 | |
校院名稱 | 淡江大學 |
系所名稱(中文) | 電機工程學系碩士班 |
系所名稱(英文) | Department of Electrical and Computer Engineering |
外國學位學校名稱 | |
外國學位學院名稱 | |
外國學位研究所名稱 | |
學年度 | 103 |
學期 | 2 |
出版年 | 104 |
研究生(中文) | 吳之恩 |
研究生(英文) | Chih-En Wu |
學號 | 601470320 |
學位類別 | 碩士 |
語言別 | 繁體中文 |
第二語言別 | |
口試日期 | 2015-07-14 |
論文頁數 | 50頁 |
口試委員 |
指導教授
-
李世安
委員 - 龔宗鈞 委員 - 翁慶昌 委員 - 李世安 |
關鍵字(中) |
足球機器人策略 機器人作業系統 足球機器人模擬 動態角色分配 多重代理人系統 |
關鍵字(英) |
Soccer Robot Strategy Robot Operating System (ROS) Soccer Robot Simulation Dynamic Role Assignment Multi-Agent System |
第三語言關鍵字 | |
學科別分類 | |
中文摘要 |
本論文為建構基於機器人作業系統(Robot Operating System, ROS)的足球機器人策略系統,其規則為符合FIRA (Federation of International Robot-soccer Association) 的RoboSot組別比賽而設計。現在的機器人軟體在設計上日益複雜,在機器人的開發人員中不一定有資訊相關領域之人材。因此本論文提出在ROS上架構足球機器人策略系統,以利用ROS中可幫助機器人系統開發之工具,如actionlib套件、SMACH套件及tf套件等。ROS的系統架構為分散式架構,以點對點網路將所有的處理序連接在一起交換資訊。這個架構使得系統可以容易的做到平行處理以及方便在開發上做分工。本論文提出的足球機器人策略系統包含了世界模型套件、策略套件及軌跡規劃套件。在策略套件的部分則採用了動態角色分配的技術,使比賽中可以動態的切換機器人之任務角色。在世界模型套的部分使用了tf套件管理各個物件之坐標。在軌跡規劃套件則採用了多種機器人路徑規畫及速度規劃。最後我們在Gazebo模擬器上建構了一個3D的機器人足球場地模擬環境,以驗證提出的足球機器人策略系統的可行性。 |
英文摘要 |
In this paper, we built a soccer robot strategy system that is based on Robot Operating System (ROS). The soccer robot strategy system is capable with FIRA RoboSot competition rule. Nowadays, the development of a robot software system became more and more complex. Developers of robot software system may not have very well knowledge about computer science field. So this paper proposes a soccer robot software system based on ROS that we can use tools of ROS to help and develop the strategy system, like actionlib package, SMACH package, tf package, etc. The system architecture of ROS is a distributed system. The ROS uses peer-to-peer network to link all processes to exchange data. Due to this kind of architecture, we can parallel process data and divide the work easily. The soccer robot strategy system we proposed is including a world model package, strategy package and trajectory package. About strategy package, we used dynamic role assignment. About world package, we used tf module to manage axes of objects. And the trajectory package is used to path planning and velocity planning. So the robot can change role dynamically in a game. Finally, we built a 3D simulation environment in Gazebo simulator to verify the soccer robot strategy system. |
第三語言摘要 | |
論文目次 |
目錄 中文摘要 ......... I 英文摘要 ....... II 目錄 .............. III 圖目錄 ........ VII 表目錄 ........... X 緒論 .. 1 1.1 研究背景 ........ 1 1.2 研究動機與目的 ....... 1 1.3 論文架構 ........ 2 中型足球機器人介紹................ 3 2.1 硬體系統架構 3 2.1.1 全方位移動平台 ........................... 3 2.1.2 運算與控制系統 ........................... 4 2.1.3 全方位視覺系統 ........................... 6 2.2 軟體系統架構 6 2.2.1 視覺子系統 .... 7 2.2.2 定位子系統 .... 7 2.2.3 策略子系統 .... 7 2.2.4 運動子系統 .... 8 2.2.5 模擬器子系統 8 機器人作業系統介紹................ 9 3.1 ROS基本架構說明 . 10 3.1.1 檔案系統層 .. 10 3.1.2 計算圖形層 .. 11 3.1.3 社群層 .......... 13 3.2 實做流程 ...... 14 3.2.1 Linux基礎指令 ........................... 14 3.2.2 安裝ROS與建立工作區 ........... 16 3.2.3 Catkin構建系統 .......................... 18 3.2.4 建立ROS套件 ........................... 19 3.2.5 ROS基礎指令 ............................. 20 策略系統之設計 ...................... 22 4.1 世界模型套件 ......... 23 4.1.1 tf套件 24 4.1.2 坐標系統設計 ............................. 25 4.2 策略套件 ...... 26 4.2.1 SMACH套件 27 4.2.2 比賽狀態模組 ............................. 28 4.2.3 個人策略模組 ............................. 29 4.2.4 團體策略模組 ............................. 33 4.3 軌跡規劃套件 ......... 33 4.3.1 actionlib套件 33 4.3.2 單點規劃 ...... 34 4.3.3 具參考點之規劃 ......................... 35 4.3.4 速度規劃 ...... 37 模擬實驗 ... 39 5.1 模擬環境設計 ......... 39 5.1.1 物件模型設計 ............................. 39 5.1.2 物件外掛 ...... 43 5.2 模擬結果 ...... 45 結論與未來展望 ...................... 48 參考文獻 ...... 49 圖目錄 圖 2.1、中型足球機器人 ....... 3 圖 2.2、一個全向輪組 4 圖 2.3、x86嵌入式工業電腦 5 圖 2.4、FPGA開發板 . 5 圖 2.5、MAXON馬達控制器 .............................. 5 圖 2.6、由全向鏡看到之影像 .............................. 6 圖 2.7、基本軟體系統架構圖 .............................. 7 圖 3.1、機器人作業系統架構 .............................. 9 圖 4.1、軟體系統架構圖 ..... 22 圖 4.2、世界模型中定義之坐標系 .................... 23 圖 4.3、tf樹狀圖 ...... 24 圖 4.4、策略套件架構圖 ..... 26 圖 4.5、SMACH建構之狀態機示意圖 ............ 27 圖 4.6、比賽狀態圖 .. 28 圖 4.7、角色選擇 ...... 29 圖 4.8、攻擊員狀態機器圖 . 30 圖 4.9、防守員狀態圖 ......... 31 圖 4.10、守門員狀態機圖 ... 32 圖 4.11、團體策略 .... 33 圖 4.12、Action Server與Action Client連線示意圖 .. 34 圖 4.13、單點規劃 .... 35 圖 4.14、具參考點之規劃 ... 36 圖 5.1、Gazebo模擬環境 .... 39 圖 5.2、足球場地模型 ......... 41 圖 5.3、藍色球門模型 ......... 42 圖 5.4、黃色球門模型 ......... 42 圖 5.5、足球模型 ...... 42 圖 5.6、機器人模型側視 ..... 43 圖 5.7、機器人模型上視圖 . 43 圖 5.8、機器人由定位點出發 ............................ 45 圖 5.9、機器人球之方向移動 ............................ 45 圖 5.10、機器人開始繞球 ... 46 圖 5.11、機器人達到球的後方 .......................... 46 圖 5.12、機器人開始往藍色球門衝刺 .............. 47 圖 5.13、球成功進入藍色球門 .......................... 47 表目錄 表 3.1、Catkin套件之檔案結構 ........................ 19 表 4.1、單點規劃參數定義 . 35 表 4.2、具參考點之單點規劃參數定義 ............ 37 表 4.3、S轉移函數之參數 .. 38 |
參考文獻 |
[1] J. H. Kim, D. J. Stonier, S. Choi, and N. S. Kuppuswamy, “FIRA RoboSot Competition.” 2006. [2] 王侯禕,多足球機器人之策略設計,淡江大學電機工程學系博士論文,指導教授翁慶昌,2007。 [3] “ROS.org | Powering the world’s robots.” URL: http://www.ros.org/. [4] M. Quigley, K. Conley, B. Gerkey, J. Faust, T. Foote, J. Leibs, R. Wheeler, and A. Y. Ng, “ROS: an open-source Robot Operating System,” ICRA workshop on open source software, vol. 3, p. 5, 2009. [5] L. L. Forero, J. M. Yáñez, and J. Ruiz-del-Solar, “Integration of the ROS Framework in Soccer Robotics: The NAO Case,” RoboCup 2013: Robot World Cup XVII, pp. 664–671, 2013. [6] T. Foote, “tf: The transform library,” 2013 IEEE International Conference on Technologies for Practical Robot Applications (TePRA), pp. 1–6, 2013. [7] “tf - ROS wiki” URL: http://wiki.ros.org/tf. [8] J. Bohren and S. Cousins, “The SMACH High-Level Executive [ROS News],” IEEE Robot. Autom. Mag., vol. 17, no. 4, pp. 18–20, 2010. [9] “smach - ROS Wiki” URL: http://wiki.ros.org/smach. [10] “actionlib - ROS Wiki” URL: http://wiki.ros.org/actionlib. [11] W. van der Hoek and M. Wooldridge, “Chapter 24 Multi-Agent Systems,” Foundations of Artificial Intelligence, vol. 3, pp. 887–928, 2008. [12] L. Chaimowicz, M. F. Campos, and V. Kumar, “Dynamic role assignment for cooperative robots,” IEEE International Conference on Robotics and Automation, 2002. Proceedings. ICRA’02, vol. 1, pp. 293–298, 2002. [13] P. Vallejos, J. Ruiz-del-Solar, and A. Duvost, “Cooperative strategy using dynamic role assignment and potential fields path planning,” Proceedings of the 1st IEEE Latin American Robotics Symposium–LARS, pp. 28–29, 2004. [14] N. Koenig and A. Howard, “Gazebo-3D multiple robot simulator with dynamics,” 2013. URL: http://gazebosim. org. |
論文全文使用權限 |
如有問題,歡迎洽詢!
圖書館數位資訊組 (02)2621-5656 轉 2487 或 來信