RoboCup中型組機器人教練機系統設計

蔡宗琰　王晶　張山　吳彬　何文博

摘 要：足球機器人比賽中型組采用分布式通信方式[1]，參考實際足球比賽規則，對機器人的教練機系統進行設計，并對所編寫通信網絡系統程序進行實驗驗證，得出了該網絡系統通信的正確行和可靠性。

關鍵詞：分布式；通信網絡；實驗驗證

足球機器人比賽中型組采用分布式通信方式是人工智能技術的重要驗證平臺，而其中通信網絡系統是該比賽系統的重要支撐技術，也是整個足球機器人控制設計[2]中最基本的環節。因此，對通信網絡的研究，對于整個機器人設計中有著重要意義。

1 機器人通信網絡系統的基本結構

依照足球機器人比賽規則，以及網絡通信的基本工作原理。通信網絡系統的示意圖如圖1所示。

按照該通信的基本原理，結合網絡OSI參考通信模型[3]，設計出比賽通信網絡系統的結構。其網絡OSI參考通信模型結構如圖2所示。

在機器人網絡通信中，數據傳輸過程為裁判盒將指令通過路由器傳給教練機。教練機再通過路由器傳給機器人，機器人將狀態信息通過路由器傳給教練機。教練機再將部分信息通過路由器轉給裁判盒完成通信過程。

2 教練機系統

2.1 教練機系統功能模型

在機器人網絡系統設計中教練機系統設計十分重要[4]，首先，該教練機系統應當可以接受裁判盒發送的指令信息，并顯示和發送該指令。其功能模型如圖3所示。

裁判盒發給教練機的指令信息為真實足球場上，所能遇到的所有可能出現的控制信息。其比賽指令如圖4所示。

裁判盒應具有以上所有指令信息，連接網絡狀態以及場上機器人的部分狀態信息。因此，裁判盒程序的操作界面如圖5所示。

2.2 教練機連接裁判盒功能的設計

教練機連接裁判盒的連接建立有著很重要的作用，是控制通信的基礎，通過網絡建立，裁判盒的選擇，通信用戶的加入，網絡的配置，端口的檢查，人機界面的教練機和裁判盒的狀態先顯示，來完成，教練機和裁判盒的連接建立。其流程圖如圖6所示。

2.3 教練機接收裁判盒信息函數的設計

教練機信息接收的設計要初始化網絡連接狀態，并進行篩選出自己方的球隊，進行球隊編碼，接收裁判盒指令并將該指令傳給場上的各個球員。信息流程圖如圖7所示。

2.4 教練機接收并顯示機器人發送的信息功能的設計

教練機接收場上機器人的信息并進行控制功能實現，分為了與機器人通信[5]的建立和接收信息的處理與顯示。

2.4.1 與機器人通信的建立

先要創建網絡連接，進行存儲接口設定，網絡進行通信地址參數設定，加入通信用戶，存儲單元設定，網絡工作環境初始化。流程如圖8所示。

2.4.2 接收信息的處理與顯示

接收總的機器人的信息，進行判斷己方機器人，進行數據分類處理，分別顯示在人機交互界面上。其數據流程如圖9所示。

2.5 教練機系統界面設計

教練機系統界面設計包括：球隊顏色分類設定[6]、球門方向設定；機器人在場上位置設置以及機器人角色設置；手動控制球員，機器人發球類型設置，比賽開始與停止命令的發送功能，顯示裁判盒發送的指令功能和發送狀態，顯示教練機發送的指令功能和發送狀態，顯示場上機器人信息功能和運行狀態。整體界面圖如圖10所示。

3 通信網絡程序檢測實驗

所謂的通信網絡程序檢測試驗，就是通過試驗檢測所設計的程序是否可以滿足通信的功能并顯示機器人的，位置，狀態等信息。

3.1 實驗過程

試驗設備：一臺電腦，兩臺機器人、一個無線路由器、一條網線等。

首先，將機器人和電腦分別和路由器相連。然后，運行編寫好的教練機程序。操作教練機觀察并記錄運行過程，以及顯示結果。

3.2 實驗結果

教練發送指令后，機器人進行執行相應的動作并上傳相應狀態信息。教練機的接受該信息并顯示如圖11所示。

通信實驗記錄如表1、表2所示。

3.3 實驗結果分析

從實驗結果可以得到，機器人接受到指令概率為99%。準確動作概率為100%。這表明該教練機程序設計，是可以滿足通信要求的，但有數據丟失，應當在進行改善設計。

[參考文獻]

[1]孫迪生，王炎.機器人控制技術[M].北京：機械工業出版社，1997.

[2]李實，徐旭明，葉榛，等.國際機器人足球比賽及其相關技術[J].機器人，2000，22（5）：420-426.

[3]于新奇.OSI參考模型與TCP/IP模型的異同及關聯[J].中國西部科技，2009.

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[5]Santos F.，Almeida L.，Lopes L. S.，et al.Communicating among Robots in the RoboCup Middle-Size League[A].Goeble R.，Siekmann J.Wahlster W..RoboCup 2009：Robot Soccer World Cup XIII[C].Germany Springer-Verlag Berlin Heidelberg， 2010：320-331.

[6]Candea C.，Hu H.S.，Iocchi L.，et al.Coordination in multi-agent RoboCup teams[J].Robotics and Autonomous Systems，2001，36（2-3）：67-86.