專(zhuān)利名稱(chēng)：基于互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遙操作機(jī)器人足球比賽的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基于互聯(lián)網(wǎng)的遙操作領(lǐng)域和機(jī)器人足球技術(shù)，具體地說(shuō)是一種基于互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遙操作機(jī)器人足球比賽的方法。
背景技術(shù)：
在互聯(lián)網(wǎng)遙操作機(jī)器人的研究領(lǐng)域中，互聯(lián)網(wǎng)的隨機(jī)時(shí)延和時(shí)延抖動(dòng)等特性給系統(tǒng)的穩(wěn)定性、透明性都帶來(lái)了很多問(wèn)題。此外，基于互聯(lián)網(wǎng)對(duì)多機(jī)器人的遙操作和遙操作機(jī)器人對(duì)動(dòng)態(tài)目標(biāo)的操作也有很多的研究工作。近年來(lái)，機(jī)器人足球作為機(jī)器人學(xué)的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題，受到了越來(lái)越多的關(guān)注。建立基于互聯(lián)網(wǎng)的遙操作機(jī)器人足球比賽系統(tǒng)，對(duì)機(jī)器人傳感技術(shù)，機(jī)器人的機(jī)敏運(yùn)動(dòng)性能，多機(jī)器人協(xié)調(diào)，機(jī)器人行動(dòng)多樣化，通信和運(yùn)動(dòng)的實(shí)時(shí)性等方面的研究都能夠起到推動(dòng)和促進(jìn)作用。
基于互聯(lián)網(wǎng)的遙操作機(jī)器人足球比賽中，機(jī)器人的操作對(duì)象足球始終處在運(yùn)動(dòng)當(dāng)中，多個(gè)機(jī)器人需要通過(guò)協(xié)作配合，將足球踢進(jìn)對(duì)方球門(mén)并阻止對(duì)方的進(jìn)攻，這就要求對(duì)機(jī)器人的操作具有良好的實(shí)時(shí)性和透明性，能夠有效的捕捉到動(dòng)態(tài)目標(biāo)進(jìn)行操作，同時(shí)多機(jī)器人之間還要有相應(yīng)的協(xié)調(diào)策略。建立和研究這樣的系統(tǒng)，有重要的研究意義和實(shí)用價(jià)值。但目前還沒(méi)有這方面的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種基于互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遙操作機(jī)器人足球比賽的方法。
本發(fā)明具體技術(shù)方案為將系統(tǒng)分為比賽現(xiàn)場(chǎng)和操作現(xiàn)場(chǎng)兩部分，兩部分之間通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)相連，應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)Socket進(jìn)行通訊；一方面，比賽現(xiàn)場(chǎng)部分?jǐn)z像機(jī)采集機(jī)器人足球比賽中的場(chǎng)地信息，足球機(jī)器人位姿，球的位置等信息，并通過(guò)視頻計(jì)算機(jī)和控制計(jì)算機(jī)分別將現(xiàn)場(chǎng)視頻圖像和比賽信息數(shù)據(jù)傳送到操作者端，其中視頻計(jì)算機(jī)將視頻圖像的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)將數(shù)字視頻信號(hào)送至視頻接收發(fā)送器，同時(shí)還接收操作者端的操作視頻，進(jìn)行顯示輸出；控制計(jì)算機(jī)從視頻圖像中提取足球機(jī)器人的位姿，求出球的位置信號(hào)，經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)送至網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模塊，同時(shí)，接收操作者端的命令和信息，并通過(guò)無(wú)線串口通訊控制比賽場(chǎng)地中足球機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)；另一方面，操作現(xiàn)場(chǎng)的操作者通過(guò)視頻接收發(fā)送器接收比賽現(xiàn)場(chǎng)視頻計(jì)算機(jī)的視頻反饋信息，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模塊接收足球機(jī)器人的位姿并探測(cè)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模塊將預(yù)測(cè)結(jié)果經(jīng)圖像重構(gòu)模塊顯示給操作者，操作者根據(jù)反饋信息操作游戲桿、發(fā)布操作命令，操作命令結(jié)合預(yù)測(cè)結(jié)果、通過(guò)命令轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為足球機(jī)器人的左右輪速度，然后傳送到控制計(jì)算機(jī)；操作者的操作過(guò)程由攝像頭采集，經(jīng)視頻接收發(fā)送器發(fā)送到比賽現(xiàn)場(chǎng)的視頻計(jì)算機(jī)；所述命令轉(zhuǎn)換模塊流程為首先讀取游戲桿狀態(tài)信息，和機(jī)器人姿態(tài)及速度預(yù)測(cè)增量以及角速度預(yù)測(cè)增量，然后判斷方位角范圍，如其范圍大于1/4π且小于3π/4，則速度置為-Y/可調(diào)常數(shù)，計(jì)算角速度預(yù)測(cè)值及足球機(jī)器人的左右輪速度；當(dāng)程序不結(jié)束時(shí)發(fā)送左右輪速度信息至控制計(jì)算機(jī)后返回讀取游戲桿狀態(tài)信息；否則，判斷方位角范圍是否大于等于3π/4且小于等于5π/4，是，則速度置-X/可調(diào)常數(shù)，計(jì)算角速度預(yù)測(cè)值及足球機(jī)器人的左右輪速度；當(dāng)程序不結(jié)束時(shí)發(fā)送左右輪速度信息至控制計(jì)算機(jī)后返回讀取游戲桿狀態(tài)信息；否則，判斷方位角θ范圍是否大于等于5π/4且小于等于7π/4，若是，則速度置Y/可調(diào)常數(shù)，計(jì)算角速度預(yù)測(cè)值及足球機(jī)器人的左右輪速度；當(dāng)程序不結(jié)束時(shí)返回讀取游戲桿狀態(tài)信息；否則，給速度置-X/可調(diào)常數(shù)，計(jì)算角速度預(yù)測(cè)值及足球機(jī)器人的左右輪速度；當(dāng)程序不結(jié)束時(shí)發(fā)送左右輪速度信息至控制計(jì)算機(jī)后返回讀取游戲桿狀態(tài)信息；在程序結(jié)束時(shí)退出；所述網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模塊用于預(yù)測(cè)機(jī)器人的實(shí)際位姿，設(shè)定時(shí)延的閾值n1，n2，n3，判斷網(wǎng)絡(luò)時(shí)延τ與閾值的關(guān)系，計(jì)算相應(yīng)的速度預(yù)測(cè)增量以及角速度預(yù)測(cè)增量；具體流程為首先實(shí)時(shí)探測(cè)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，然后讀取足球機(jī)器人的位姿和足球機(jī)器人前一刻的速度、角速度，通過(guò)公式計(jì)算位姿預(yù)測(cè)值，設(shè)定初始化閾值n1、n2、n3，當(dāng)時(shí)延值大于等于n1、小于等于n2時(shí)，將速度預(yù)測(cè)增量置Δv1，角速度預(yù)測(cè)增量置π/m1；當(dāng)時(shí)延值大于等于n2、小于等于n3時(shí)，將速度預(yù)測(cè)增量置Δv2，角速度預(yù)測(cè)增量置π/m2；當(dāng)時(shí)延值大于等于n3時(shí)，將速度預(yù)測(cè)增量置Δv3，角速度預(yù)測(cè)增量置π/m3，否則將速度預(yù)測(cè)增量置0，角速度預(yù)測(cè)增量置0，返回探測(cè)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)延值；所述圖像重構(gòu)模塊流程是在操作者界面畫(huà)出足球場(chǎng)地，然后進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，實(shí)時(shí)讀取網(wǎng)絡(luò)傳來(lái)的足球機(jī)器人的位姿數(shù)據(jù)，利用圖形用戶接口函數(shù)在操作者界面的場(chǎng)地上重構(gòu)出機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；所述基于事件的控制方法以操作計(jì)算機(jī)作為規(guī)劃器，輸出的控制命令經(jīng)控制計(jì)算機(jī)至被控對(duì)像，將被控對(duì)像的運(yùn)動(dòng)信息反饋至控制計(jì)算機(jī)輸入端，與規(guī)劃器輸出的控制命令進(jìn)行比較后，傳給作為控制器的控制計(jì)算機(jī)；選取控制計(jì)算機(jī)、視頻計(jì)算機(jī)的信號(hào)為遠(yuǎn)程信息源，以遠(yuǎn)程信息源的信息傳輸作為非時(shí)間運(yùn)動(dòng)參量，將控制計(jì)算機(jī)、視頻計(jì)算機(jī)的信息送至規(guī)劃器，形成一個(gè)完整的交互過(guò)程。
本發(fā)明原理是提供了建立實(shí)際比賽系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型，采用客戶端(操作現(xiàn)場(chǎng))/服務(wù)器(比賽現(xiàn)場(chǎng))模式，通過(guò)傳送現(xiàn)場(chǎng)圖像及機(jī)器人和球的位置來(lái)提供給操作者現(xiàn)場(chǎng)信息，操作者操作游戲桿發(fā)布控制命令，通過(guò)命令轉(zhuǎn)換模塊和根據(jù)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模塊將游戲桿的輸入轉(zhuǎn)化為足球機(jī)器人的左右輪速度，然后通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)傳送命令和反饋數(shù)據(jù)，以完成機(jī)器人足球比賽。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1.本發(fā)明可以建立基于互聯(lián)網(wǎng)的遙操作機(jī)器人足球比賽系統(tǒng)，建立這樣的系統(tǒng)，對(duì)研究互聯(lián)網(wǎng)機(jī)電系以及機(jī)器人傳感技術(shù)，機(jī)器人的機(jī)敏運(yùn)動(dòng)性能，多機(jī)器人協(xié)調(diào)，機(jī)器人行動(dòng)多樣化，通信和運(yùn)動(dòng)的實(shí)時(shí)性等方面都能夠起到推動(dòng)和促進(jìn)作用。
2.采用本發(fā)明，建立基于互聯(lián)網(wǎng)的遙操作機(jī)器人足球比賽系統(tǒng)還具有重要的社會(huì)效益。采用遙操作的方式進(jìn)行機(jī)器人足球賽，直接參與性強(qiáng)，簡(jiǎn)單易行，對(duì)抗激烈，具有很強(qiáng)的趣味性，而以互聯(lián)網(wǎng)作為媒介，可以使更多的人參與到機(jī)器人足球比賽中，增強(qiáng)機(jī)器人足球賽在普通大眾中的普及，提升大眾尤其是青少年對(duì)機(jī)器人的興趣。


圖1為本發(fā)明系統(tǒng)的框圖。
圖2為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例3對(duì)3機(jī)器人足球比賽的示意圖。
圖3為命令轉(zhuǎn)換模塊的流程圖。
圖4為網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模塊的流程圖。
圖5為圖像重構(gòu)模塊的流程圖。
圖6為基于事件的控制方法框圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1圖1所示為基于互聯(lián)網(wǎng)的建立遙操作機(jī)器人足球比賽系統(tǒng)的框圖。系統(tǒng)分為比賽現(xiàn)場(chǎng)和操作現(xiàn)場(chǎng)兩部分，兩部分之間通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)相連，應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)Socket進(jìn)行通訊。一方面，比賽現(xiàn)場(chǎng)部分?jǐn)z像機(jī)采集機(jī)器人足球比賽中的場(chǎng)地信息，足球機(jī)器人位姿，球的位置等信息，并通過(guò)視頻計(jì)算機(jī)和控制計(jì)算機(jī)分別將現(xiàn)場(chǎng)視頻圖像和比賽信息數(shù)據(jù)傳送到操作者端，其中視頻計(jì)算機(jī)采用視頻卡(市購(gòu)產(chǎn)品)將視頻圖像的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)通過(guò)視頻會(huì)議程序(市購(gòu)產(chǎn)品)將數(shù)字視頻信號(hào)送至視頻接收發(fā)送器；同時(shí)還接收操作者端的操作視頻，進(jìn)行顯示輸出；控制計(jì)算機(jī)通過(guò)圖象處理程序(市購(gòu)產(chǎn)品)從視頻圖像中提取足球機(jī)器人的位姿和球的位置信號(hào)，經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)送至網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模塊；同時(shí)，接收操作者端的命令和信息，并通過(guò)無(wú)線串口通訊控制比賽場(chǎng)地中足球機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。操作現(xiàn)場(chǎng)的操作者通過(guò)視頻接收發(fā)送器接收賽現(xiàn)場(chǎng)視頻計(jì)算機(jī)的視頻反饋信息，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模塊接收足球機(jī)器人的位姿并探測(cè)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模塊將預(yù)測(cè)結(jié)果經(jīng)圖像重構(gòu)模塊顯示給操作者；另一方面，操作現(xiàn)場(chǎng)的操作者根據(jù)反饋信息操作游戲桿、發(fā)布操作命令，操作命令結(jié)合預(yù)測(cè)結(jié)果、通過(guò)命令轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為足球機(jī)器人的左右輪速度，然后傳送到控制計(jì)算機(jī)；操作者的操作過(guò)程由USB攝像頭采集，經(jīng)視頻接收發(fā)送器發(fā)送到比賽現(xiàn)場(chǎng)的視頻計(jì)算機(jī)。
其中，由于以互聯(lián)網(wǎng)作為傳輸通道，操作者接收的反饋信息和發(fā)布的操作命令都通過(guò)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)模塊進(jìn)行了補(bǔ)償。除了應(yīng)用視頻接收發(fā)送器接收現(xiàn)場(chǎng)視頻，還應(yīng)用圖像重構(gòu)模塊根據(jù)反饋的機(jī)器人位姿，球的位置以及網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)對(duì)比賽現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了圖像重構(gòu)，方便操作者進(jìn)行比賽。所述網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模塊、命令轉(zhuǎn)換模塊、視頻接收發(fā)送器、圖像重構(gòu)模塊作為程序均存儲(chǔ)于操作計(jì)算機(jī)中。
圖2為按照?qǐng)D1所示系統(tǒng)框圖建立的3對(duì)3遙操作足球機(jī)器人比賽系統(tǒng)的示意圖?，F(xiàn)場(chǎng)端為3對(duì)3的足球機(jī)器人比賽場(chǎng)地和相應(yīng)的比賽設(shè)施。比賽場(chǎng)地上方安裝攝像機(jī)采集比賽現(xiàn)場(chǎng)視頻和比賽數(shù)據(jù)信息，攝像機(jī)分別與控制計(jì)算機(jī)(通過(guò)圖像采集卡，市購(gòu)產(chǎn)品)和視頻計(jì)算機(jī)(通過(guò)視頻卡，市購(gòu)產(chǎn)品)相連，兩個(gè)計(jì)算機(jī)分別連接到互聯(lián)網(wǎng)上，與操作者端進(jìn)行通訊?？刂朴?jì)算機(jī)裝有無(wú)線串口用以發(fā)送命令給機(jī)器人執(zhí)行，操作者端的操作計(jì)算機(jī)與互聯(lián)網(wǎng)相連，計(jì)算機(jī)上安裝相應(yīng)數(shù)目的游戲桿用來(lái)產(chǎn)生控制命令。
圖3為按照?qǐng)D1所建立的系統(tǒng)中的命令轉(zhuǎn)換模塊的流程圖。具體流程為首先讀取游戲桿狀態(tài)信息X(為游戲桿水平軸的值)，Y(為游戲桿垂直軸的值)，R(為游戲桿旋轉(zhuǎn)軸的值)，和機(jī)器人姿態(tài)(方位角θ)及速度預(yù)測(cè)增量Δv以及角速度預(yù)測(cè)增量Δω，然后，判斷方位角θ范圍，如其范圍大于1/4π且小于3π/4，則v置-Y/20，計(jì)算角速度預(yù)測(cè)值ω及足球機(jī)器人的左右輪速度vl和vrr；當(dāng)程序不結(jié)束時(shí)發(fā)送左右輪速vl和vr信息至控制計(jì)算機(jī)后返回讀取游戲桿狀態(tài)信息；否則，判斷方位角θ范圍是否大于等于3π/4且小于等于5π/4，是，則v置-X/20，計(jì)算角速度預(yù)測(cè)值ω及足球機(jī)器人的左右輪速度vl和vr；當(dāng)程序不結(jié)束時(shí)發(fā)送左右輪速度vl和vr信息至控制計(jì)算機(jī)后返回讀取游戲桿狀態(tài)信息；否則，判斷方位角θ范圍是否大于等于5π/4且小于等于7π/4，若是，則v置Y/20，計(jì)算角速度預(yù)測(cè)值ω及足球機(jī)器人的左右輪速度vl和vr；當(dāng)程序不結(jié)束時(shí)返回讀取游戲桿狀態(tài)信息；否則，給v置-X/20，計(jì)算角速度預(yù)測(cè)值ω及足球機(jī)器人的左右輪速度vl和vr；當(dāng)程序不結(jié)束時(shí)發(fā)送左右輪速度vl和vr信息至控制計(jì)算機(jī)后返回讀取游戲桿狀態(tài)信息；在程序結(jié)束時(shí)退出。
其中本實(shí)施例命令轉(zhuǎn)換模塊讀取游戲桿的輸入X，Y，R和機(jī)器人的方位角θ，根據(jù)公式(1)、(2)計(jì)算出速度v和角速度ω，然后疊加網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模塊的預(yù)測(cè)值Δv以及Δω ω＝2πnR/1000 (2)；最后通過(guò)公式(3)計(jì)算出機(jī)器人的左右輪速度并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給控制計(jì)算機(jī)，執(zhí)行。
vl=v+0.5dωvr=v-0.5dω---(3);]]>公式(2)中的n為轉(zhuǎn)速為可調(diào)控制量。d為足球機(jī)器人的左右輪之間的距離。
如圖4所示，網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模塊用于預(yù)測(cè)機(jī)器人的實(shí)際位姿，設(shè)定時(shí)延的閾值n1，n2，n3，判斷網(wǎng)絡(luò)時(shí)延τ與閾值的關(guān)系，應(yīng)用不同的公式計(jì)算出相應(yīng)的速度預(yù)測(cè)增量Δv以及角速度預(yù)測(cè)增量Δω；具體流程為首先實(shí)時(shí)探測(cè)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，然后讀取足球機(jī)器人的位姿和足球機(jī)器人前一刻的速度、角速度，通過(guò)公式計(jì)算位姿預(yù)測(cè)值，設(shè)定初始化閾值n1、n2、n3，當(dāng)時(shí)延值大于等于n1、小于等于n2時(shí)，將速度預(yù)測(cè)增量置Δv1，角速度預(yù)測(cè)增量置π/m1；當(dāng)時(shí)延值大于等于n2、小于等于n3時(shí)，將速度預(yù)測(cè)增量置Δv2，角速度預(yù)測(cè)增量置π/m2；當(dāng)時(shí)延值大于等于n3時(shí)，將速度預(yù)測(cè)增量置Δv3，角速度預(yù)測(cè)增量置π/m3，否則將速度預(yù)測(cè)增量置0，角速度預(yù)測(cè)增量置0，返回探測(cè)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)時(shí)延值。
本實(shí)施例初始化閾值n1、n2、n3雖網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)調(diào)整，三者關(guān)系為n1＜n2＜n3；速度預(yù)測(cè)增量Δv1、Δv2、Δv3可為-5，-10，-15，三者關(guān)系為Δv3＜Δv2＜Δv1；m3、m2、m1為10，15，20，三者關(guān)系為m1＜m2＜m3。
如圖5所示，利用圖像重構(gòu)模塊流程是在操作者界面畫(huà)出足球場(chǎng)地，然后進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換(將足球機(jī)器人場(chǎng)地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為操作計(jì)算機(jī)屏幕坐標(biāo))，對(duì)應(yīng)實(shí)際比賽場(chǎng)地，實(shí)時(shí)讀取網(wǎng)絡(luò)傳來(lái)的足球機(jī)器人的位姿數(shù)據(jù)X，Y，θ，利用Windows GUI函數(shù)(圖形用戶接口函數(shù))在操作者界面的場(chǎng)地上重構(gòu)出機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，使操作者的操作更加方便。
所述圖象重構(gòu)模塊是一個(gè)輔助性功能模塊，采用該模塊可以將比賽過(guò)程更直觀的呈獻(xiàn)給操作者。
如圖6所示，基于事件的控制方法以操作計(jì)算機(jī)作為規(guī)劃器，輸出的控制命令經(jīng)控制計(jì)算機(jī)至被控對(duì)像，將被控對(duì)像的運(yùn)動(dòng)信息反饋至控制計(jì)算機(jī)輸入端，與規(guī)劃器輸出的控制命令進(jìn)行比較后，傳給作為控制器的控制計(jì)算機(jī)；選取控制計(jì)算機(jī)、視頻計(jì)算機(jī)的信號(hào)為遠(yuǎn)程信息源，以遠(yuǎn)程信息源的信息傳輸作為非時(shí)間運(yùn)動(dòng)參量，將控制計(jì)算機(jī)、視頻計(jì)算機(jī)的信息送至規(guī)劃器，形成一個(gè)完整的交互過(guò)程(即一個(gè)事件單位)。其中以足球機(jī)器人為被控對(duì)像，由控制計(jì)算機(jī)控制。
應(yīng)用基于事件的控制方法可以使得系統(tǒng)的控制過(guò)程及與環(huán)境的交互過(guò)程均具有時(shí)間無(wú)關(guān)性，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性可靠性和操作的透明性。
采用本發(fā)明方法，建立了基于互聯(lián)網(wǎng)的遙操作機(jī)器人足球比賽系統(tǒng)，對(duì)研究互聯(lián)網(wǎng)機(jī)電系以及機(jī)器人傳感技術(shù)，機(jī)器人的機(jī)敏運(yùn)動(dòng)性能，多機(jī)器人協(xié)調(diào)，機(jī)器人行動(dòng)多樣化，通信和運(yùn)動(dòng)的實(shí)時(shí)性等方面都能夠起到推動(dòng)和促進(jìn)作用。建立基于互聯(lián)網(wǎng)的遙操作機(jī)器人足球比賽系統(tǒng)還具有重要的社會(huì)效益，采用遙操作的方式進(jìn)行機(jī)器人足球賽，直接參與性強(qiáng)，簡(jiǎn)單易行，對(duì)抗激烈，具有很強(qiáng)的趣味性，而以互聯(lián)網(wǎng)作為媒介，可以使更多的人參與到機(jī)器人足球比賽中，增強(qiáng)機(jī)器人足球賽在普通大眾中的普及，提升大眾尤其是青少年對(duì)機(jī)器人的興趣。本發(fā)明為基于互聯(lián)網(wǎng)的遙操作提供了良好的研究平臺(tái)同時(shí)也為機(jī)器人技術(shù)的普及提供了新的途徑。
權(quán)利要求
1.一種基于互聯(lián)網(wǎng)的建立遙操作機(jī)器人足球比賽系統(tǒng)的方法，其特征在于將系統(tǒng)分為比賽現(xiàn)場(chǎng)和操作現(xiàn)場(chǎng)兩部分，兩部分之間通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)相連，應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)Socket進(jìn)行通訊；一方面，比賽現(xiàn)場(chǎng)部分?jǐn)z像機(jī)采集機(jī)器人足球比賽中的場(chǎng)地信息，足球機(jī)器人位姿，球的位置信息，并通過(guò)視頻計(jì)算機(jī)和控制計(jì)算機(jī)分別將現(xiàn)場(chǎng)視頻圖像和比賽信息數(shù)據(jù)傳送到操作者端，同時(shí)，接收操作者端的命令和信息，并通過(guò)無(wú)線串口通訊控制比賽場(chǎng)地中足球機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)；另一方面，操作現(xiàn)場(chǎng)的操作者通過(guò)視頻接收發(fā)送器接收比賽現(xiàn)場(chǎng)視頻計(jì)算機(jī)的視頻反饋信息，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模塊接收足球機(jī)器人的位姿并探測(cè)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模塊將預(yù)測(cè)結(jié)果經(jīng)圖像重構(gòu)模塊顯示給操作者，操作者根據(jù)反饋信息操作游戲桿、發(fā)布操作命令，操作命令結(jié)合預(yù)測(cè)結(jié)果、通過(guò)命令轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為足球機(jī)器人的左右輪速度，然后傳送到控制計(jì)算機(jī)。
2.按照權(quán)利要求1所述基于互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遙操作機(jī)器人足球比賽的方法，其特征在于通過(guò)視頻計(jì)算機(jī)和控制計(jì)算機(jī)分別將現(xiàn)場(chǎng)視頻圖像和比賽信息數(shù)據(jù)傳送到操作者端的方法是視頻計(jì)算機(jī)將視頻圖像的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)將數(shù)字視頻信號(hào)送至視頻接收發(fā)送器，同時(shí)還接收操作者端的操作視頻，進(jìn)行顯示輸出；控制計(jì)算機(jī)從視頻圖像中提取足球機(jī)器人的位姿，求出球的位置信號(hào)，經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)送至網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模塊。
3.按照權(quán)利要求1所述基于互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遙操作機(jī)器人足球比賽的方法，其特征在于其中操作者的操作過(guò)程可由攝像頭采集，經(jīng)視頻接收發(fā)送器發(fā)送到比賽現(xiàn)場(chǎng)的視頻計(jì)算機(jī)。
4.按照權(quán)利要求1所述基于互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遙操作機(jī)器人足球比賽的方法，其特征在于所述命令轉(zhuǎn)換模塊流程為首先讀取游戲桿狀態(tài)信息，和機(jī)器人姿態(tài)及速度預(yù)測(cè)增量以及角速度預(yù)測(cè)增量，然后判斷方位角范圍，如其范圍大于1/4π且小于3π/4，則速度置為-Y/可調(diào)常數(shù)，計(jì)算角速度預(yù)測(cè)值及足球機(jī)器人的左右輪速度；當(dāng)程序不結(jié)束時(shí)發(fā)送左右輪速度信息至控制計(jì)算機(jī)后返回讀取游戲桿狀態(tài)信息；否則，判斷方位角范圍是否大于等于3π/4且小于等于5π/4，是，則速度置-X/可調(diào)常數(shù)，計(jì)算角速度預(yù)測(cè)值及足球機(jī)器人的左右輪速度；當(dāng)程序不結(jié)束時(shí)發(fā)送左右輪速度信息至控制計(jì)算機(jī)后返回讀取游戲桿狀態(tài)信息；否則，判斷方位角θ范圍是否大于等于5π/4且小于等于7π/4，若是，則速度置Y/可調(diào)常數(shù)，計(jì)算角速度預(yù)測(cè)值及足球機(jī)器人的左右輪速度；當(dāng)程序不結(jié)束時(shí)返回讀取游戲桿狀態(tài)信息；否則，給速度置-X/可調(diào)常數(shù)，計(jì)算角速度預(yù)測(cè)值及足球機(jī)器人的左右輪速度；當(dāng)程序不結(jié)束時(shí)發(fā)送左右輪速度信息至控制計(jì)算機(jī)后返回讀取游戲桿狀態(tài)信息；在程序結(jié)束時(shí)退出。
5.按照權(quán)利要求4所述的基于互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遙操作機(jī)器人足球比賽的方法，其特征在于所述可調(diào)常數(shù)為1～1000之間的整數(shù)。
6.按照權(quán)利要求1所述的基于互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遙操作機(jī)器人足球比賽的方法，其特征在于所述網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模塊用于預(yù)測(cè)機(jī)器人的實(shí)際位姿，設(shè)定時(shí)延的閾值n1，n2，n3，判斷網(wǎng)絡(luò)時(shí)延τ與閾值的關(guān)系，計(jì)算相應(yīng)的速度預(yù)測(cè)增量以及角速度預(yù)測(cè)增量；具體流程為首先實(shí)時(shí)探測(cè)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，然后讀取足球機(jī)器人的位姿和足球機(jī)器人前一刻的速度、角速度，通過(guò)公式計(jì)算位姿預(yù)測(cè)值，設(shè)定初始化閾值n1、n2、n3，當(dāng)時(shí)延值大于等于n1、小于等于n2時(shí)，將速度預(yù)測(cè)增量置Δv1，角速度預(yù)測(cè)增量置π/m1；當(dāng)時(shí)延值大于等于n2、小于等于n3時(shí)，將速度預(yù)測(cè)增量置Δv2，角速度預(yù)測(cè)增量置π/m2；當(dāng)時(shí)延值大于等于n3時(shí)，將速度預(yù)測(cè)增量置Δv3，角速度預(yù)測(cè)增量置π/m3，否則將速度預(yù)測(cè)增量置0，角速度預(yù)測(cè)增量置0，返回探測(cè)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)延值。
7.按照權(quán)利要求6所述的基于互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遙操作機(jī)器人足球比賽的方法，其特征在于其中初始化閾值n1、n2、n3為大于0的常數(shù)，三者關(guān)系為n1＜n2＜n3；速度預(yù)測(cè)增量Δv1、Δv2、Δv3為小于0的常數(shù)，三者關(guān)系為Δv3＜Δv2＜Δv1；m1、m2、m3為大于1的可調(diào)常數(shù)，三者關(guān)系為m1＜m2＜m3；計(jì)算位姿預(yù)測(cè)值公式為x＝x+vτcosθ，y＝y(tǒng)+vτsinθ，θ＝θ+ωτ。
8.按照權(quán)利要求1所述的基于互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遙操作機(jī)器人足球比賽的方法，其特征在于所述圖像重構(gòu)模塊流程是在操作者界面畫(huà)出足球場(chǎng)地，然后進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，實(shí)時(shí)讀取網(wǎng)絡(luò)傳來(lái)的足球機(jī)器人的位姿數(shù)據(jù)，利用圖形用戶接口函數(shù)在操作者界面的場(chǎng)地上重構(gòu)出機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
9.按照權(quán)利要求8所述的基于互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遙操作機(jī)器人足球比賽的方法，其特征在于所述坐標(biāo)轉(zhuǎn)換是將足球機(jī)器人場(chǎng)地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為操作計(jì)算機(jī)屏幕坐標(biāo)。
10.按照權(quán)利要求1所述的基于互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遙操作機(jī)器人足球比賽的方法，其特征在于所述基于事件的控制方法以操作計(jì)算機(jī)作為規(guī)劃器，輸出的控制命令經(jīng)控制計(jì)算機(jī)至被控對(duì)像，將被控對(duì)像的運(yùn)動(dòng)信息反饋至控制計(jì)算機(jī)輸入端，與規(guī)劃器輸出的控制命令進(jìn)行比較后，傳給作為控制器的控制計(jì)算機(jī)；選取控制計(jì)算機(jī)、視頻計(jì)算機(jī)的信號(hào)為遠(yuǎn)程信息源，以遠(yuǎn)程信息源的信息傳輸作為非時(shí)間運(yùn)動(dòng)參量，將控制計(jì)算機(jī)、視頻計(jì)算機(jī)的信息送至規(guī)劃器，形成一個(gè)完整的交互過(guò)程。
全文摘要
一種基于互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遙操作機(jī)器人足球比賽的方法。它分為通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)相連的比賽現(xiàn)場(chǎng)和操作現(xiàn)場(chǎng)；比賽現(xiàn)場(chǎng)由攝像機(jī)采集機(jī)器人足球比賽信息，通過(guò)視頻計(jì)算機(jī)和控制計(jì)算機(jī)將現(xiàn)場(chǎng)視頻圖像和比賽信息數(shù)據(jù)傳送到操作者端，同時(shí)接收操作者端的命令，控制足球機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)；操作現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)視頻接收發(fā)送器接收視頻信息，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模塊接收足球機(jī)器人比賽信息并探測(cè)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，其預(yù)測(cè)結(jié)果經(jīng)圖像重構(gòu)模塊顯示給操作者，操作者根據(jù)反饋信息操作游戲桿發(fā)布的操作命令結(jié)合預(yù)測(cè)結(jié)果、通過(guò)命令轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為足球機(jī)器人的左右輪速度，然后傳送到控制計(jì)算機(jī)。本發(fā)明通過(guò)將遙操作技術(shù)融入機(jī)器人足球比賽，為拓展機(jī)器人足球的普及性和趣味性提供了新的技術(shù)途徑。
文檔編號(hào)A63H11/18GK1879926SQ20051004668
公開(kāi)日2006年12月20日 申請(qǐng)日期2005年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月15日
發(fā)明者席寧, 王越超, 談大龍, 鄭偉 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所