徐心和郝丽娜丛德宏东北大学人工智能与机器人研究所.pptx
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1、2023/3/1619.7 机器人决策子系统 从牛牛-1-1谈起(MiroSot 3:3)MiroSot 3:3)决策子系统的任务与特点 决策推理模型 队形与角色分配 典型动作设计与安排 决策系统结构设计 决策系统的完善与丰富第1页/共66页2023/3/162MiroSot 3:3比赛瞬间比赛瞬间兰队谁进攻合适?兰队谁进攻合适?9.7.1 从牛牛从牛牛-1谈起谈起(MiroSot 3:3)第2页/共66页2023/3/163 X Y R1 72 41 193R2 71 75 167R3 4 65 360ER1 106 49 272ER2 110 84 155ER3 145 73 90B 88
2、 71 0请回答:兰队谁进攻合适?请回答:兰队谁进攻合适?从视觉子系统实际得到的信息第3页/共66页2023/3/164决策系统的形象比喻The imaginative explanationPlaygroundBlind PlayerBlind PlayerBlind PlayerObserverwith bright eyesInput matrixBlind CoachOutput matrix 决策子系统的任务与特点决策子系统的任务与特点第4页/共66页2023/3/165决策子系统的任务决策子系统的任务任务就是根据当前球场上的比赛形势,做出布署,给队员发出指令,担负起教练员的职责。决
3、策决策系统系统O=f(I)视觉系统视觉系统辨识结果辨识结果人机界面人机界面决策设定决策设定各机器人各机器人轮速设定值轮速设定值IO输出输出 32 32 矩阵矩阵 O O输入输入 73 73 矩阵矩阵 I I 确定函数确定函数 O=f(I)O=f(I)第5页/共66页2023/3/166决策系统特点决策系统特点形象思维荡然无存,只能靠逻辑思维形象思维荡然无存,只能靠逻辑思维非结构化问题非结构化问题 f(f()?)?模糊逻辑是不可缺少的模糊逻辑是不可缺少的知识工程前沿问题知识工程前沿问题第6页/共66页2023/3/167足球机器人六步推理模型1 1 输入信息预处理;输入信息预处理;计算有关实体速
4、度、相对计算有关实体速度、相对 距离、角度等距离、角度等2 2 态势分析与策略选择;态势分析与策略选择;3 3 队形确定与角色分配;队形确定与角色分配;4 4 目标位置确定;目标位置确定;5 5 运动轨迹规划;运动轨迹规划;6 6 左右轮速确定。左右轮速确定。一般说来一般说来1 1、4 4、5 5、6 6 步为演绎推理,可以由数学模型计算步为演绎推理,可以由数学模型计算2 2、3 3 步为产生式推理,应该由专家系统来完成步为产生式推理,应该由专家系统来完成 决策推理模型决策推理模型第7页/共66页2023/3/168首先完成演绎推理首先完成演绎推理1 准备好决策需要的各种准备好决策需要的各种状
5、状 态变量函数值态变量函数值 条条件件4、5、6 作为动作安排可作为动作安排可以以 统一规划统一规划 归宿归宿第8页/共66页2023/3/1699.7.4 队形与角色分配队形队形球员在场上的相对位置关系。它是和比赛球员在场上的相对位置关系。它是和比赛双方特点及场上形势密切相关的。它直接关系到攻双方特点及场上形势密切相关的。它直接关系到攻守策略。守策略。足球场上的队形有足球场上的队形有4-3-34-3-3,4-4-24-4-2,3-5-23-5-2等。等。机器人足球车速可在机器人足球车速可在2 2米以上,攻守转换极为神速,米以上,攻守转换极为神速,常常视球的位置、运动速度和方向而决定。队形多常
6、常视球的位置、运动速度和方向而决定。队形多构成堵截和围攻之势构成堵截和围攻之势。队形和角色分配密切相关。主攻或主防角色确定之队形和角色分配密切相关。主攻或主防角色确定之后,其他队员呈配合之势。后,其他队员呈配合之势。角色分配有相应准则给出。如最近、最有利等。角色分配有相应准则给出。如最近、最有利等。第9页/共66页2023/3/1610足球机器人动作设计与实现足球机器人动作设计与实现动作是比赛活动的基本单元动作是比赛活动的基本单元任何精彩激烈的比赛都是由球员的一系列动作构成的任何精彩激烈的比赛都是由球员的一系列动作构成的动作是决策子系统的最终归宿,是决策的基础和保证动作是决策子系统的最终归宿,
7、是决策的基础和保证准确有效的动作实现,意味球员具有良好的基本技能准确有效的动作实现,意味球员具有良好的基本技能 典型动作设计与安排典型动作设计与安排第10页/共66页2023/3/1611动作设计的目标动作设计的目标如如何何从从眼眼花花缭缭乱乱的的比比赛赛中中归归纳纳提提炼炼出出有有限的基础性的单元动作限的基础性的单元动作如如何何构构造造和和设设计计足足球球机机器器人人的的动动作作体体系系、定义动作空间定义动作空间如何设计和实现各种动作如何设计和实现各种动作第11页/共66页2023/3/1612足球机器人动作特点分析足球机器人动作特点分析各种动作都是通过机器人的线速度、角速度、位移和轨迹来实
8、现的一切动作都是由小车的速度控制来实现的。最终都落实到小车左、右轮速的计算,都落实到VLVL、VRVR函数的设计上动作设计与实现属于机器人运动学范畴的问题,当前位姿 期望位姿动作设计的不唯一性第12页/共66页2023/3/1613动作的层次关系动作的层次关系基本动作基本动作Basic Actions,BA技术动作技术动作Skilled Actions,SA组合动作组合动作(单人单人)Combinatorial Action,CA 战术动作战术动作(多人多人)Tactical Actions,TA 第13页/共66页2023/3/1614动作空间组成示意图动作空间组成示意图基本动作基本动作技术
9、动作技术动作组合动作组合动作战术动作战术动作第14页/共66页2023/3/1615ToPostion 到定点(停)到定点(停)TurnAngle转动一定角度转动一定角度MoveAlong向某点向某点(或方向或方向)作定向运动作定向运动基本动作基本动作Basic Action(BA)第15页/共66页2023/3/1616到到 定定 点点 函函 数数 设设 计计dxdyq22dydxd+=目标点机器人机器人方向角第16页/共66页2023/3/1617机器人运动动作示意图机器人运动动作示意图第17页/共66页2023/3/1618机机 器器 人人 转转 角角 函函 数数 示示 意意 图图q目标
10、角机器人X轴1q2q机器人方向角第18页/共66页2023/3/1619技术动作技术动作Skilled Action(SA)KickBallKickBall 踢球动作踢球动作ShootGoalShootGoal 射门射门TurnShootTurnShoot 转身射门转身射门DefenseBallDefenseBall 防球(回防)防球(回防)BlockManBlockMan 盯人防守盯人防守AvoidBoundAvoidBound 防止碰撞边界防止碰撞边界第19页/共66页2023/3/1620BLrRp1 p2T(切点切点)G园射门算法示意图园射门算法示意图第20页/共66页2023/3/1
11、621第21页/共66页2023/3/1622中中分分线线射射门门方方法法示示意意图图TiT1BG第22页/共66页2023/3/1623人工势场法射门生成的势场线示意图人工势场法射门生成的势场线示意图第23页/共66页2023/3/1624Skilled Action(Cont.)KeepGoal 守门员防守守门员防守ProcessBoundBall 边界球处理边界球处理ProcessCornerBall 角球处理角球处理PassBall2Pt 传球到定点传球到定点AvoidObst2Pt 避避障障碍碍到到定定点点 第24页/共66页2023/3/1625dangerArea T2 目标点目
12、标点T1 目标点目标点机器人机器人 小球小球图图中中分分三三种种情情况况示示意意机机器器人人守门动作的目标点守门动作的目标点守守 门门 员员 动动 作作 示示 意意 图图第25页/共66页2023/3/1626R我方我方机器人机器人防防 守守 机机 器器 人人 盯盯 人人 动动 作作 示示 意意 图图Home对方机器人对方机器人ERRB第26页/共66页2023/3/1627 组合动作组合动作 Combinatorial Action(CA)组合发球包括组合发球包括 :PenaltyKick(罚点球)(罚点球)GoalKick(罚门球)(罚门球)FreeBall(争球)(争球)FreeKick
13、(罚任意球)(罚任意球)第27页/共66页2023/3/1628第28页/共66页2023/3/1629第29页/共66页2023/3/1630第30页/共66页2023/3/1631第31页/共66页2023/3/1632战术动作战术动作Tactical Action(TA)NormalKickoff 中场开球中场开球Pass2Shoot 一传一射一传一射BL_Pass2CenterShoot 底线传中射门底线传中射门第32页/共66页2023/3/1633动作函数几何关系函数集信息预处理函数状态函数状状 态态 函函 数数动动 作作 函函 数数信息预处理函数信息预处理函数几何关系函数集几何关
14、系函数集相关函数集的关系相关函数集的关系第33页/共66页2023/3/1634信息预处理函数一览表信息预处理函数一览表GetBallMotionLine 计算小球的运动方程计算小球的运动方程GetBallMotionSpeed计算小球的运动速度计算小球的运动速度GetForcastedBallPt返回球下一时刻的预测位置返回球下一时刻的预测位置GetRbShootArea 计算射门区域计算射门区域 由给定机器人质心和由给定机器人质心和对方球门上下端点所构成的三角形区域对方球门上下端点所构成的三角形区域第34页/共66页2023/3/1635MarkGroundArea场场地地分分区区函函数数
15、 输输入入给给定定位位置置,返返回回区域标号区域标号GetBallAreaNum返回小球当前所属的区域返回小球当前所属的区域GetRbAreaNum 返回给定机器人当前所属的区域返回给定机器人当前所属的区域GetBallInRobot_XY 返回小球在给定机器人坐标系中的位置返回小球在给定机器人坐标系中的位置GetRbBallDiff 返回给定机器人与球的距离和角度偏差返回给定机器人与球的距离和角度偏差(未完)(未完)第35页/共66页2023/3/1636状状 态态 函函 数数 一一 览览 表表IsBallMove2Home 判断球是否滚向我方判断球是否滚向我方IsBallMoveOffHo
16、me 判断球是否滚向对方判断球是否滚向对方IsRbInSpecialArea 机机器器人人是是否否在在边边界界/角角、我我(对对)方方门门区区等等特殊区域特殊区域CanRbDirectShoot 是是否否可可以以直直接接射射门门?球球在在机机器器人人的的射射门门区区域域内内(GetRbShootArea)且且机机器器人的正方向朝向球人的正方向朝向球第36页/共66页2023/3/1637GetMFRbNum 得到主得到主攻机器人的号码攻机器人的号码GetMGRbNum 得到主得到主防机器人的号码防机器人的号码GetAFTargetPt 得到副得到副攻机器人的目标点攻机器人的目标点GetAGTa
17、rgetPt 得到副得到副防机器人的目标点防机器人的目标点(未完)(未完)第37页/共66页2023/3/1638 简易简易3-3决策系统设计思想决策系统设计思想简简 单单 情情 况况:专专 职职 守守 门门 员员,MF/MG,AF/AG以我为主以我为主:只辨识我方位姿,不管对方只辨识我方位姿,不管对方以以球球位位为为前前提提:从从球球所所在在区区域域出出发发,开开始始推推理理以距离为准则以距离为准则:按距离优先原则分配角色按距离优先原则分配角色 (MF/MG,AF/AG)以个人技术为根本以个人技术为根本:固定角色动作映射关系,固定角色动作映射关系,队队员员间间只只有有呼呼应应,没没有有配配合
18、合第38页/共66页2023/3/1639第39页/共66页2023/3/1640右右 攻攻 假假 设设 与与 球球 场场 分分 区区 546312789101112YXOGOALHOMEForwardlineHomelineDanger Area第40页/共66页2023/3/1641状态状态空间空间动作动作空间空间IO决决 策策 系系 统统 映映 射射 关关 系系第41页/共66页2023/3/1642 决策系统结构设计视觉视觉信息信息信息信息预处理预处理态势态势分析分析任务分解任务分解队形确定队形确定决策层决策层角色角色分配分配机器人机器人管理器管理器队形库队形库角色库角色库管理层管理层
19、角色解释角色解释技术技术动作动作基本基本动作动作执行层执行层速度速度指令指令决策系统工作流程图决策系统工作流程图第42页/共66页2023/3/16431234567891731261822101112151619272823242925301314213220场地分区图场地分区图第43页/共66页2023/3/1644队形号队形号各机器人角色号各机器人角色号角色名称角色名称备备 注注15边线推球边线推球当球在区域当球在区域1 1时的队形时的队形38中间等球中间等球25左上左上(30,135)180(30,135)180度等球度等球26左上左上(40,110)45(40,110)45度等球度等
20、球25边线推球边线推球当球在区域当球在区域2 2时的队形时的队形38中间等球中间等球26左上左上(40,110)45(40,110)45度等球度等球25左上左上(30,135)180(30,135)180度等球度等球325左上左上(30,135)180(30,135)180度等球度等球当球在区域当球在区域3 3时的队形时的队形38中间等球中间等球28横向等球横向等球2(40,110)2(40,110)30横向等球横向等球4(20,90)4(20,90)422协助守门员协助守门员当球在区域当球在区域4 4时的队形时的队形29横向等球横向等球3(40,70)3(40,70)28横向等球横向等球2(
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- 郝丽娜丛德宏 东北大学 人工智能 机器人 研究所
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