夠好。而兩輪驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)彎比較靈活，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方機(jī)器人足球比賽是近幾年來(lái)開展的高科技對(duì)抗活動(dòng)，以此為平臺(tái)研究多智能系統(tǒng)（mas）及其協(xié)作問(wèn)題。足球機(jī)器人作為機(jī)器人足球賽的具體執(zhí)行者，是根據(jù)策略算法計(jì)算出的速度和方向而運(yùn)動(dòng)。當(dāng)足球機(jī)器人接收到運(yùn)動(dòng)指令后，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的好壞主要決定于足球機(jī)器人本身，包括足球機(jī)器人控制系統(tǒng)的精度、驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)精度以及足球機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)性能等。而如何設(shè)計(jì)出好的智能協(xié)調(diào)控制算法，使足球機(jī)器人運(yùn)動(dòng)靈活，速度控制精度高，起制動(dòng)快。
近年來(lái)我國(guó)開發(fā)出的足球機(jī)器人產(chǎn)品，其控制算法大都采用pid算法，而僅靠pid算法不能解決足球機(jī)器人起制動(dòng)快，動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)性好，轉(zhuǎn)彎靈活的要求。
所以有必要對(duì)控制算法特別是協(xié)調(diào)控制進(jìn)行深入研究，研究出實(shí)時(shí)性好、性能強(qiáng)的控制算法，以提高足球機(jī)器人的性能和速度控制精度。
本文對(duì)足球機(jī)器人同步協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)存在的問(wèn)題進(jìn)行分析，提出了足球機(jī)器人同步協(xié)調(diào)控制速度動(dòng)態(tài)補(bǔ)償算法，并在我們研發(fā)足球機(jī)器人中進(jìn)行實(shí)施。
1足球機(jī)器人結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)分析（1）足球機(jī)器人結(jié)構(gòu)足球器人運(yùn)動(dòng)部件有輪式和履帶式。履帶式盡管運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，但由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工制作困難，故不易選用。為獲得較好的機(jī)動(dòng)性和靈機(jī)器人四輪布置方案活性，選用輪式結(jié)構(gòu)為好。而輪式結(jié)構(gòu)又可分為四輪驅(qū)動(dòng)、三輪驅(qū)動(dòng)和兩輪驅(qū)動(dòng)。四輪驅(qū)動(dòng)主要特點(diǎn)運(yùn)動(dòng)靈活，驅(qū)動(dòng)力大，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，費(fèi)用高；三輪驅(qū)動(dòng)，其中導(dǎo)向輪也有電機(jī)驅(qū)動(dòng)，由于結(jié)構(gòu)限制，在±45°便。目前，足球機(jī)器人運(yùn)動(dòng)部件采用兩輪驅(qū)動(dòng)。除兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪外，還安排兩個(gè)支撐輪，支撐輪采用萬(wàn)向輪。四輪的平面布置如所示。
（2）足球機(jī)器人運(yùn)動(dòng)分析兩輪驅(qū)動(dòng)足球機(jī)器人運(yùn)動(dòng)模型如所示，轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)如所示。vi是左輪速度，vr是右輪速度，v是機(jī)器人運(yùn)動(dòng)速度，l是兩輪間距離，是兩輪的半徑。則機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度為2從（2）式可以看出，當(dāng)v/與vr相等，機(jī)器人走直線時(shí)，r是無(wú)窮大；當(dāng)v/或vr為零時(shí)，r=士l/2即以其中一個(gè)輪為圓心作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；當(dāng)v/=― vr時(shí)，r=0機(jī)器人以轉(zhuǎn)彎半徑為0旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；當(dāng)v/與vr不相等，且各又不為零時(shí)，機(jī)器人以（1）和（2）計(jì)算出的速度和半徑作曲線運(yùn)動(dòng)。
2機(jī)器人同步協(xié)調(diào)存在問(wèn)題分析足球機(jī)器人在比賽過(guò)程中，一直處于高速起停、前進(jìn)、后退和轉(zhuǎn)彎的激烈運(yùn)動(dòng)過(guò)程中。它不僅要保持兩輪運(yùn)動(dòng)靜態(tài)協(xié)調(diào)，還要保持在起動(dòng)、轉(zhuǎn)彎過(guò)程動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)，使機(jī)器人以最短的路徑和最小時(shí)間接近目標(biāo)。
從上面由機(jī)器人結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)特性看出，由于足球機(jī)器人結(jié)構(gòu)采用輪式運(yùn)動(dòng)部件，其中兩個(gè)主動(dòng)輪，兩個(gè)萬(wàn)向輪。這樣機(jī)器人結(jié)構(gòu)及多電機(jī)傳動(dòng)控制在應(yīng)用中，存在如下問(wèn)題。范圍內(nèi)轉(zhuǎn)彎靈活hin當(dāng)轉(zhuǎn)c彎c角于±滬：時(shí)加轉(zhuǎn)彎不blishingh（u）se由孟兩個(gè)主動(dòng)輪采e用共軸線布置w.兩輪在e運(yùn)快地跟蹤球。從上面分析，協(xié)調(diào)分為走直線協(xié)調(diào)和轉(zhuǎn)彎協(xié)調(diào)。走直線協(xié)調(diào)為靜態(tài)協(xié)調(diào)，直線運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，協(xié)調(diào)系數(shù)不變；轉(zhuǎn)彎協(xié)調(diào)為動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)，協(xié)調(diào)系數(shù)是變化的。
3機(jī)器人同步協(xié)調(diào)控制算法目前，足球機(jī)器人結(jié)構(gòu)為輪式結(jié)構(gòu)，它由兩臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，控制系統(tǒng)的方案如所示。該系統(tǒng)對(duì)兩臺(tái)當(dāng)協(xié)調(diào)系數(shù)，i降低左輪的速度，a以增大丨轉(zhuǎn)彎角度，m使機(jī)器人blishinghuse.aurightsreserved.下轉(zhuǎn)第54頁(yè)）由于采用輪式軸承作為萬(wàn)向輪，機(jī)器人前進(jìn)和后退運(yùn)動(dòng)將具有很好的導(dǎo)向作用，但在轉(zhuǎn)彎時(shí)，特別是高速度轉(zhuǎn)彎時(shí)，軸承萬(wàn)向輪存在著平動(dòng)，摩擦力較大，使機(jī)器人不能較快地轉(zhuǎn)彎到相應(yīng)的角度，嚴(yán)重影響了機(jī)器人跟蹤目標(biāo)。
由于機(jī)器人傳動(dòng)齒輪間的間隙、機(jī)器人載重重心的變化、左右輪負(fù)載的差異、左右電機(jī)特性的不完全相同，都影響著機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)性。
由于足球機(jī)器人預(yù)定跟蹤曲線是非線性和不確定。要使機(jī)器人在高速度運(yùn)動(dòng)中，準(zhǔn)確地按預(yù)定曲線運(yùn)動(dòng)是比較困難。
對(duì)于上述問(wèn)題可以將連結(jié)兩驅(qū)動(dòng)輪的軸，采用緊固螺釘將軸夾緊，使軸不發(fā)生旋轉(zhuǎn)，只是兩主動(dòng)輪相對(duì)它而作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這樣耦合存在可能性較小。在控制算法中可以不考慮耦合控制問(wèn)題。對(duì)于（2）、（3）和（4）必須采用智能協(xié)調(diào)控制算法，設(shè)計(jì)出合適的協(xié)調(diào)控制器才能解決這個(gè)問(wèn)題。
通常多電機(jī)協(xié)調(diào)控制中，協(xié)調(diào)關(guān)系是各受控制量應(yīng)滿足某種線性或非線性函數(shù)關(guān)系131常見(jiàn)的是比例關(guān)系數(shù)6=1時(shí)，即為最簡(jiǎn)單的同步關(guān)系。
但在足球機(jī)器人比賽中，由于足球機(jī)器人接收主機(jī)每16ms發(fā)來(lái)的速度給定值，這要求機(jī)器人要在這時(shí)間內(nèi)完成從一個(gè)速度到另一給速度的調(diào)節(jié)。從這一時(shí)間要求可以看出，機(jī)器人大部分時(shí)間是處在動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，特別是pid參數(shù)設(shè)置不理想時(shí)，過(guò)渡過(guò)程將會(huì)更長(zhǎng)。如所示的機(jī)器人，它要踢左前方、角度大約為90°的球。而當(dāng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)速度較高時(shí)，由于速度高，慣性大，輪式萬(wàn)向輪要求有一定弧度轉(zhuǎn)彎，所以，機(jī)器人轉(zhuǎn)彎去踢球是很困難的，它要經(jīng)過(guò)幾個(gè)周期才可能達(dá)到對(duì)應(yīng)的角度。這時(shí)，球有可能被對(duì)方搶去，破壞了原來(lái)的運(yùn)動(dòng)路線。在實(shí)際中，這時(shí)最好動(dòng)態(tài)地修改它的比值系數(shù)或協(xié)調(diào)系數(shù)，使其中一輪的速度發(fā)生非線性變化。對(duì)于機(jī)器人，要很快地達(dá)到期望的角度，這時(shí)可以通過(guò)預(yù)測(cè)算法，修改協(xié)調(diào)系具有同步補(bǔ)償?shù)臋C(jī)器人雙輪電機(jī)控制電機(jī)的反饋轉(zhuǎn)速進(jìn)行同步監(jiān)測(cè)，并將有關(guān)的信息送入同步補(bǔ)償器和各自的pid控制器中，當(dāng)左右輪電機(jī)同工作時(shí)，補(bǔ)償器控制輸出為零，電機(jī)的控制由左右輪的pid控制器進(jìn)行控制。同補(bǔ)償算法為：m2，u22同步補(bǔ)償輸出量。
公和（8）是補(bǔ)償器輸出給兩輪的補(bǔ)償量。當(dāng)機(jī)器人作直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于v，=v，故avs=0，k=k2，由同步補(bǔ)償器消除兩輪的速度差。機(jī)器人轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩輪的速度差包括兩部分，一部分是由給定值所決定，另一部分是由傳動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)在因素所造成。若機(jī)器人作低速度轉(zhuǎn)彎時(shí)k=k2仍取相等值；當(dāng)高速度轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)時(shí)，為了使轉(zhuǎn)彎角度大一些，這時(shí)取kk2，若右轉(zhuǎn)，則取k>k2，反之則取k
4實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析本實(shí)驗(yàn)是在我們研發(fā)的足球機(jī)器人上進(jìn)行。機(jī)器人作直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，對(duì)應(yīng)的兩輪協(xié)調(diào)實(shí)測(cè)曲線如所示；這時(shí)k=k2=1.5，兩機(jī)器人上升時(shí)間為18ms響應(yīng)快速度快，同步協(xié)調(diào)性好。是機(jī)器人以每秒lm/s運(yùn)動(dòng)時(shí)作向右轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)，=l5，k2=l0轉(zhuǎn)彎角度按照預(yù)定軌跡運(yùn)動(dòng)，效果好，與理論值計(jì)算相比較，誤差是在dmm以內(nèi)。
驗(yàn)研究。液壓氣動(dòng)與密封，1999 2高英杰，王海芳等。matlab神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱在系統(tǒng)辨識(shí)中的應(yīng)用。液壓氣動(dòng)與密封，2001 3叢爽。面向matlab工具箱的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論與應(yīng)用。中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，1998 bp網(wǎng)絡(luò)對(duì)正弦信號(hào)的辨識(shí)圖rbf網(wǎng)絡(luò)對(duì)階躍rbf網(wǎng)絡(luò)對(duì)正弦信號(hào)的辯識(shí)圖、、、中，曲線1代表神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出，曲線2代表系統(tǒng)輸出，系統(tǒng)輸出和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出基本上完全吻合，幾乎看不出差別，這說(shuō)明神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型非常逼近系統(tǒng)，辨識(shí)精度非常高。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)于不同的輸出信號(hào)都可以有效辨識(shí)，證明了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行系統(tǒng)辨識(shí)的可行性，從而辨識(shí)輸出能夠在控制過(guò)程中替代系統(tǒng)輸出給系統(tǒng)輸出一個(gè)預(yù)測(cè)信號(hào)。
作為對(duì)比，表中列出了采用bp網(wǎng)絡(luò)和rbf網(wǎng)絡(luò)對(duì)正弦信號(hào)進(jìn)行辨識(shí)時(shí)的性能對(duì)比結(jié)果。從表中可以清楚地看出：采用rbf網(wǎng)絡(luò)對(duì)氣動(dòng)比例位置系統(tǒng)進(jìn)行辨識(shí)，可以使訓(xùn)練步數(shù)大大減少，辨識(shí)精度大大提高，同時(shí)訓(xùn)練時(shí)間也縮短了。
bp網(wǎng)絡(luò)和rbf網(wǎng)絡(luò)對(duì)正弦信號(hào)辨識(shí)性能對(duì)比結(jié)果網(wǎng)絡(luò)類型訓(xùn)練步數(shù)相對(duì)誤差學(xué)習(xí)時(shí)間bp網(wǎng)絡(luò)rbf網(wǎng)絡(luò)5結(jié)論本文對(duì)氣動(dòng)比例位置系統(tǒng)進(jìn)行了辨識(shí)仿真的研究，結(jié)果表明神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)鈩?dòng)比例位置系統(tǒng)進(jìn)行有效辨識(shí)，且不需要建立實(shí)際系統(tǒng)的辨識(shí)模式，非常方便。同時(shí)本文采用了bp網(wǎng)絡(luò)和rbf網(wǎng)絡(luò)來(lái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行辨識(shí)，對(duì)它們的辨識(shí)性能進(jìn)行了對(duì)比，可以得出rbf網(wǎng)絡(luò)的辨識(shí)速度和辨識(shí)精度均高于bp網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)辨識(shí)是為控制服務(wù)的，辨識(shí)建立的模型可用于控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)，同時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)辨識(shí)和控制，能夠改善系統(tǒng)的控制性能，使控制更精確，從而本文所做的系統(tǒng)辨識(shí)為進(jìn)一步提高控制精度打下了基礎(chǔ)。
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