淡江大學覺生紀念圖書館 (TKU Library)
進階搜尋


下載電子全文限經由淡江IP使用) 
系統識別號 U0002-2706200808564400
中文論文名稱 撞球機器人之顆星攻守決策系統設計
英文論文名稱 The Design of Cushioning Offensive/Defensive Decision-Making System for a Billiard Robot
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 機械與機電工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Mechanical and Electro-Mechanical Engineering
學年度 96
學期 2
出版年 97
研究生中文姓名 劉家孝
研究生英文姓名 Chia-Hsiao Liu
學號 695370683
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2008-05-23
論文頁數 100頁
口試委員 指導教授-楊智旭
委員-王銀添
委員-游文雄
中文關鍵字 模糊理論  可拓理論  顆星攻守決策系統  撞球機器人  可拓防守決策 
英文關鍵字 Fuzzy theory  Extension theory  Billiard robot  cushioning offensive/ defensive decision-making system  defense strategy 
學科別分類 學科別應用科學機械工程
中文摘要 本論文主要目的是為使撞球機器人具有類似撞球選手在球局中的解球思維與推理能力,除了整合直線打擊的能力於非障礙球局中進行攻擊之外,更以模糊理論建立撞球機器人在九號球局障礙球局中的顆星攻守決策系統,於障礙球局中判斷出攻擊或防守的最佳擊球選擇,在決定攻擊的情況下完成擊球進袋得分或是搭配可拓防守決策解球達成防守的目的。
撞球機器人先由CCD攝影機擷取球檯上的影像,搜尋各球的球心座標,判斷無障礙球之後採取直線進攻,而在有障礙球的情況下運用球檯邊與各球的幾何關係,計算顆星撞擊點,進而求得子母球距和攻擊角,並以擊球角、子母球距,作為模糊攻守決策的衡量條件,判斷應採取攻擊或是防守行動。採取攻擊則搭配顆星攻擊擊球進袋,而採取防守則以VB程式,預測可能的顆星撞擊點及力道撞擊目標球後的相關位置,以母球與虛擬撞擊點的距離、目標球與球袋的距離、擊球角、障礙球位置判斷等四個決策因子,作為可拓防守決策的衡量條件,使撞球機器人達到解球防守的目的,經模擬及實驗結果得知,顆星攻守決策系統確實能達成球局進攻或防守的目標,而直線攻擊、顆星攻擊及顆星防守三項打擊能力皆能達到70%以上的成功率。
英文摘要 The objective of this thesis is to develop a offensive/defensive decision-making system for the billiard robot by using Fuzzy theory. The main purpose is to make billiard robot possess the imitation ability of how human beings to do the offensive/defensive decision-making in the block ball game of the nine-balls pool games.
First, the CCD camera captures the image of the balls on the pool table. Then, the positions of the balls are calculated by the image processing technique and the developed software program (VB). If there is no block ball between the cue ball and the object ball, the billiard robot will do the straight shooting to pocket the object ball. If there is a block ball between the cue ball and the object ball, the robot will analyze the hitting positions of cushion which are determined by the distances between the object ball, the cue ball and the rail of the table for decision-making. The system is developed by the following two conditions which are (1)the distance from the cue ball to the hitting positions of cushion and to the object ball, and (2)the offensive angle by the Fuzzy theory. The offensive strategy of cushion means to pocket the object ball. The defense strategy is developed by the following four parameters which are (1)the distance between the cue ball and the object ball, (2)distance between the object ball and the corresponding pocket, (3)the angles between the cue ball, the object ball and the corresponding pocket and (4)the information of the block ball by the Extension theory. In addition to the four parameters, it must be considered whether the cue ball or the object ball contacts the rail of the table after the cue ball contacts the object ball. Finally, the billiard robot will execute the hitting command to let the cue ball contact the object ball and make a safety play. The simulated and experimental results show that this developed offensive/defensive decision making system work very well in the pool game. According to the result of experiment, the successful possibility of shooting is more than 70%.
論文目次 目錄………………………………………………………………………..I
圖目錄……………………………………………………………………IV
表目錄………………………………………………………………….VIII
第一章 緒論……………………………………………………………1
1-1 前言…………………………………………………………...1
1-2 研究動機與目的……………………………………………...4
第二章 理論基礎……………………………………………………....6
2-1 顆星技巧……………………………………………………...6
2-2 模糊理論……………………………………………………...8
2-2-1 模糊化介面………………………………………....10
2-2-2 知識庫………………………………………………11
2-2-3 決策邏輯…………………………………………....12
2-2-4 解模糊化介面………………………………….…...12
2-2-5 模糊控制器的特點…………………………….…...13
2-2-6 模糊控制工具箱…………………………….….…..14
2-3 球座標搜尋法……………………………….………………17
第三章 實驗與研究方法…………………………………………..…19
3-1 實驗設備…………………………………………………….20
3-2 障礙球偵測…………………………………………..……….24
3-3 直線打擊整合………………………………………..……….26
3-4 偵測顆星撞擊點……………………………………..……….27
3-4-1 一次顆星撞擊點……………………………..……....27
3-4-2 力道參數設定……………………………..………....29
3-4-3 撞擊點修正………………………………………......31
3-5 顆星攻擊……………………………………………..…….…32
3-6 一次顆星解球之防守決策………………..………………….33
3-6-1 可拓球袋選擇………………………………..…...….35
3-6-2 可拓防守決策……………………………..………....44
3-6-3 可拓防守決策流程…………………..….….………..48
第四章 模擬與實驗結果……………………………………….…...…50
4-1 攻守決策之模糊控制器設計……………………….………..50
4-2 模擬結果…………………………………………….………..54
4-3 實驗結果…………………………………………….………..56
4-4 實驗結果討論……………………………………….………..79
4-4-1 直線攻擊討論……………………………………….79
4-4-2 顆星攻擊討論……………………………………….79
4-4-3 顆星防守討論……………………………………….79
第五章 結論與討論…………………………………………..……..…80
5-1 結論………………………………………………..…..……...80
5-2 討論………………………………………………...………....81
參考文獻…………………………………………………………………85
附錄………………………………………………………………………90
A顆星攻擊實驗結果………………………………………………90
B 撞球術語………………………………………………………...93
C 九號球世界標準規則…………………………………………...96






















圖目錄
圖2-1 一次顆星鏡射示意圖……………………………………………7
圖2-2 模糊邏輯控制器架構圖………………………………………..10
圖2-3 輸入/輸出變數設計圖………………………………………….15
圖2-4 歸屬函數設計圖………………………………………………..16
圖2-5 規則庫設計圖…………………………………………………..17
圖2-6 座標平均法示意圖……………………………………………..18
圖3-1 攻守決策流程圖………………………………………………..19
圖3-2 撞球機器人之架構……………………………………………..21
圖3-3 撞球機器人之機檯……………………………………………..21
圖3-4 撞球機器人之VB程式介面…………………………………..22
圖3-5 直線打擊之VB程式介面……………………………………..23
圖3-6 攻守決策系統之VB程式介面………………………………..23
圖3-7 顆星打擊之VB程式介面……………………………………..24
圖3-8 進球袋選擇參數示意圖………………………………………..24
圖3-9 障礙球偵測示意圖……………………………………………..25
圖3-10 一次顆星擊球示意圖………………………………..………..28
圖3-11 一次顆星撞擊點示意圖……………..………………………..28
圖3-12 不同撞擊力道之預測位置圖………..………………………..30
圖3-13 力道與角度……………………………………………………32
圖3-14 一次顆星誤差修正..…………………………………………..32
圖3-15 顆星攻擊示意圖…………………………………………..…..33
圖3-16 衡量條件示意圖………………………………………………34
圖3-17 一次顆星解球前之狀態圖……………………………………37
圖3-18 一次顆星解球後之預測圖……………………………………37
圖3-19 上檯邊解球後之預測分解圖…………………………………38
圖3-20 下檯邊解球後之預測分解圖…………………………………39
圖3-21 左檯邊解球後之預測分解圖…………………………………40
圖3-22 各球袋之預測母球撞點示意圖………………………………41
圖3-23 可拓防守決策流程圖…………………………………………49
圖4-1 模糊控制器輸入/輸出變數示意圖…………………………….50
圖4-2 攻擊角之模糊集合歸屬函數…………………………………..51
圖4-3 母球移動距離之模糊集合歸屬函數…………………………..52
圖4-4 顆星攻擊成功可能性之模糊集合歸屬函數…………………..53
圖4-5 攻守決策系統之模糊控制器模擬結果………………………..55
圖4-6 攻守決策系統之模糊控制器模擬結果放大圖………………..55
圖4-7 直線打擊決策圖(一) ….……………………………………….57
圖4-8 直線打擊過程(一)……..………………………………………...58
圖4-9 直線打擊決策圖(二)………………………………………….…59
圖4-10 直線打擊過程(二)……..………………………………...……..60
圖4-11 直線打擊決策圖(三)…..…………………………………….…61
圖4-12 直線打擊過程(三)……..……………………………..………...62
圖4-13 顆星攻擊決策圖(一)…………………………………...………63
圖4-14 顆星攻擊過程(一)...………………………...……………….…64
圖4-15顆星攻擊決策圖(二)………………………....…………………65
圖4-16 顆星攻擊過程(二)...………………………...……………….…66
圖4-17顆星攻擊決策圖(三)…………………………....………………67
圖4-18 顆星攻擊過程(三)...…………………………...…………….…69
圖4-19顆星防守決策圖(一)……………………………….…………...70
圖4-20顆星防守過程(一)………...……………………….………....…71
圖4-21顆星防守結果圖(一)……………………….……...……………72
圖4-22顆星防守決策圖(二)…………………….……...…………....…73
圖4-23顆星防守過程(二)………...……………..………………...……74
圖4-24顆星防守結果圖(二)…………………….....……………...……75
圖4-25顆星防守決策圖(三)…………………………….………...……76
圖4-26顆星防守過程(三)………...……………………..………...……77
圖4-27顆星防守結果圖(三)……………………...……..………………78
圖A-1 顆星攻擊撞擊點參考圖…………………………………………92
圖B-1 撞球術語介紹…………………………………………………....95
















表目錄
表1-1 相關文獻成果比較表……………………………….……………3
表3-1 力道與位置對應表………………………………….…………..30
表4-1 攻守決策之模糊控制器規則表…………………….…………..54
表A-1 打擊結果紀錄表(一)…………….………………….…………..91
表A-2打擊結果紀錄表(二)……………….…………………..………..91
參考文獻 [1] 來賢,撞球入門,台北市:國家出版社,民國69年8月。
[2] 林其禹,機械撞球員(VCD),台灣科技大學,民國89年6月。
[3] T. Jebara, C. Eyster, “Augmenting the Billiards Experience with Probabilistic Vision and Wearable Computers,” IEEE Wearable Computers, October 1997, Vol.13 pp. 138 – 145.
[4] S. C. Chua, E. K. Wong, Alan W. C. Tan, and V. C. Koo, “Decision Algorithm for Pool using Fuzzy System,” Proceedings of the International Conference on Artificial Intelligence in Engineering & Technology (ICAIET 2002), 17-18 June 2002, Kota Kinabalu, Malaysia, pp. 370-375.
[5] H. Nakama, I. Takaesu and H. Tokashiki, “Basic Study on Development of Shooting Mechanism for Billiard Robot,” JSME, Robotic Workshop, 2001.
[6] Fei Long, Johan Herland, Marie-Christine Tessier, Darryl Naulls, Andrew Roth, Gerhard Roth, Michael Greenspan, “Robotic Pool: An Experiment in Automatic Potting,” IROS’04, Sendai, Japan, Sept. 28th – Oct. 2nd, 2004.

[7] Will Leckie and Michael Greenspan, “An Event-based Pool Physics Simulator,” 11th Advances in Computer Games Conference (ACG 11), September, 6, 2005, Taipei, Taiwan.
[8] Will Leckie and Michael Greenspan, “Monte Carlo Methods in Pool Strategy Game Trees,” 5th International Conference on Computers and Games (CG’06), May, 31, 2006, Turin, Italy.
[9] J. S. Yang, Z. M. Lin and C. Y. Yang, “Grey Decision-Making for a Billiard Robot,” IEEE International Conference on Systems, Man & Cybernetics (SMC’04), Oct, 10-13, 2004, Hague, Netherlands.
[10] B. R. Cheng and J. S. Yang, “Design of The Neural-Fuzzy Compensator for a Billiard Robot,” IEEE International Conference on Networking, Sensing and Control (ICNSC’04), March, 21-23, 2004, Taipei, Taiwan.
[11] 許家欣,楊智旭, “撞球機器人之模糊誤差補償器設計,” 2004中華民國自動控制研討會,大葉大學,3/26~3/27,2004。
[12] 王添毅,楊智旭,楊棧雲,“可拓理論在撞球機械人球袋選擇應用,” 中國人工智能學會2003全國學術大會,廣州,11/19~11/21, 2003,pp.1160-1165。
[13] 王添毅,楊智旭,“智慧型撞球機器人,”中國大陸航空太空研討會,9/1,2004,pp.373-381。
[14] 盧彥宏,鍾武傑,楊智旭,“灰色理論在撞球機器人球局防守決策之應用,”2005年中華民國自動控制研討會,南台科技大學,民國94年11月18日。
[15] J. T. Li, J. S. Yang and C. Y. Yang, “Offensive Strategy of a Billiard Robot,” The Eleventh International Symposium on Artificial Life and Robotics (AROB 11th ’06), January 23-25, Oita, Japan, 2006.
[16] 林志明,撞球機器人之研究,淡江大學機械與機電工程學系碩士論文,民國92年6月。
[17] 陳柏儒,撞球機器人之類神經模糊補償器設計,淡江大學機械與機電工程學系碩士論文,民國92年6月。
[18] 王添毅,可拓理論在撞球機器人決策之應用,淡江大學機械與機電工程學系碩士論文,民國93年6月。
[19] 許家欣,撞球機器人之擊球力量控制器設計,淡江大學機械與機電工程學系碩士論文,民國93年6月。
[20] 黎哲廷,撞球機器人在九號球局之應用,淡江大學機械與機電工程學系碩士論文,民國94年6月。
[21] 盧彥宏,撞球機器人在撞球球局之防守決策,淡江大學機械與機電工程學系碩士論文,民國94年6月。
[22] 鐘武傑,撞球機器人在障礙球局決策之應用,淡江大學機械與機電工程學系碩士論文,民國95年6月。
[23] 王洪忠,數學與電腦觀點之碰撞問題研究,中華大學應用數學學系碩士論文,民國92年7月。
[24] 內田昌久,撞球技巧,益群書店股份有限公司,民國89年9月。
[25] 島田曉夫,圖解撞球入門,大孚書局有限公司,民國88年3月。
[26] J. S. Robin, C. T. Sun, and E. Mizutani, Neuro-Fuzzy and Soft Computing: A Computational Approach to Learning and Machine Intelligence, Prentice Hall, 1996.
[27] L. A. Zadeh, ”Fuzzy sets,” Information Control, Vol.8, pp.338-353, 1965.
[28] L. A. Zadeh, “Outline of a New Approach to the Analysis of Complex Systems and Decision process,” IEEE Trans. Systems Man Cybernet, 3, pp338-353, 1965.
[29] E. H. Mamdani, “Application of Fuzzy Algorithms for Control of Simple Dynamic Plant,” Iin Proc. IEEE 121, No.12, pp.1585-1588, 1974.
[30] 蒙以正,模糊邏輯與類神經模糊實例說明,儒林書局,民國89年8月。
[31] 蔡文,“可拓集合和不相容問題,” 科學探索學報,1993。
[32] 蔡文、楊春、林偉初,可拓工程方法,科學出版社,1997。
[33] http://www.baroc.org/
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2008-07-14公開。
  • 同意授權瀏覽/列印電子全文服務,於2008-07-14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 2281 或 來信