面向人与中型组足球机器人对抗赛的相关交互技术研究

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1、硕士学位论文面向人与中型组足球机器人对抗赛的相关交互技术研究StudyontheRelatedInteractionTechnologyfortheFootballCompetitionbetweenHumanandMedium-SizeLeagueSoccerRobot作者：田铠导师：徐惠钢卢振利中国矿业大学2016年6月中图分类号TP242学校代码10290UDC621.3密级公开中国矿业大学硕士学位论文面向人与中型组足球机器人对抗赛的相关交互技术研究StudyontheRelatedInteractionTechnologyfortheFootballCompe

2、titionbetweenHumanandMedium-SizeLeagueSoccerRobot作者田铠导师徐惠钢卢振利申请学位工学硕士培养单位信电学院学科专业电气工程研究方向机器人智能控制答辩委员会主席巩敦卫评阅人二○一六年六月论文审阅认定书研究生田铠在规定的学习年限内，按照研究生培养方案的要求，完成了研究生课程的学习，成绩合格；在我的指导下完成本学位论文,经审阅，论文中的观点、数据、表述和结构为我所认同，论文撰写格式符合学校的相关规定，同意将本论文作为学位申请论文送专家评审。导师签字：年月日致谢我的研究生生涯即将结束，一路走来，要感谢的人很多。借硕士论文完成之际

3、，首先要感谢的是我的导师徐惠钢老师。徐老师知识渊博、平易近人，使我在学习期间获益良多，并对我的硕士论文撰写工作提供了指导。同样要感谢我的另一位导师卢振利老师。感谢卢老师将我招入课题组，并为我的学习环境提供了良好的条件。回想自己初入课题组时，对本研究领域的知识掌握的十分有限，是卢老师的悉心教导和不断鼓励才使得我有能力在这个领域开展研究工作。在此期间，卢老师活跃的思维和严谨治学的态度对我影响很大，让我学会以科学的态度去解决研究过程中遇到的问题。能够完成这篇硕士论文得益于两位老师的认真审阅，让我有时间和方向针对论文中出现的不妥之处进行改正。总之,两位老师对我的教导和成长付出

4、了很多心血，给我的人生留下了一笔宝贵的财富，诚挚地感谢两位老师！同时,也要感谢国防科技大学的于清华学长在足球机器人方面对我的指导。感谢研究生工作室的各位同学和我一起度过了充实、愉快的三年时光。在此，要特别感谢崔明同学，为我的硕士论文提供了很多宝贵的帮助和建议。还有曹基南和许超同学，感谢他们在我的研究工作中提供的帮助。感谢师弟谢亚飞协助我完成了论文的部分实验。还要感谢我的家人，是他们一直支持着我的求学之路。长时间的异地求学，一直让父母劳神劳力，是他们对我的爱让我能够安心的完成学业。最后,向所有关心和帮助过我的老师、同学和朋友们，再次表示衷心的感谢！摘要二十一世纪中叶开展

5、人与机器人之间的足球对抗赛，并让机器人队在遵循比赛规则的前提下能够战胜当时的人类足球冠军队，是机器人领域最为期待的盛事之一。RoboCup中型组足球机器人是目前机器人比赛中展示出对抗能力最强、智能化水平最高的机器人之一，也是最有可能早日实现这一宏愿的机器人。在这一背景下，本文分析了组成人机对抗赛的关键因素，即机器人系统、人、足球和信息交互手段，并围绕其相关交互技术展开研究，主要完成了以下几个方面的工作：首先，在分析了人类足球比赛、机器人足球比赛和人机对抗赛的关键因素的基础上，提出了人机对抗赛的人机交互框架体系。其次，面向人机对抗赛的手势指令识别。在分析了Kinect深

6、度信息和人体骨骼模型的基础上，提出了一种基于人体模型的手势指令识别方法。通过手势的骨骼点在空间中的几何关系设定手势识别规则，实现了用手势指令与机器人交互。实验结果显示出该方法具有良好的效果，能够用于人机对抗赛中。第三，面向人机对抗赛的步态识别。通过建立人体模型的方法，从中选取有效表征步态信息的特征，结合Kinect测得的人体骨骼点的数据，设定步态和传球动作的识别规则，使机器人能够识别人的行走步态，还能再现人的传球动作。第四，面向人机对抗赛的语音交互系统设计。利用微软的语音SDK对语音识别和语音合成进行开发，根据设定的语音指令，实现了机器人能够听从语音指令和应答，且对语

7、音指令识别的识别效果也较为满意。第五，分析了人机对抗赛对于足球信息的需要，提出了一种基于颜色查找表的颜色分类方法。通过获取的足球圆心并结合Kinect深度图像，实现了机器人能够实时准确的获取视野内的足球及其深度信息。最后，根据人机对抗赛的人机交互框架，使用了2台Kinect和机器人系统组建了一个面向人机对抗赛的人机交互系统，结合本文对人机对抗赛的相关交互技术的研究，实现了机器人能够对人和足球进行识别与跟踪。通过语音指令、手势指令和步态行为与机器人进行人机交互，完成了搜球、传球、X方向防守和追球等交互行为的实验。结果表明该系统在一定程度上可以进行人机对