基于互联网进行遥操作机器人足球比赛的方法
专利汇可以提供基于互联网进行遥操作机器人足球比赛的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种基于互联网进行遥操作 机器人 足球 比赛的方法。它分为通过互联网相连的比赛现场和操作现场；比赛现场由摄像机采集机器人足球比赛信息，通过视频计算机和控制计算机将现场视频图像和比赛信息数据传送到操作者端，同时接收操作者端的命令，控制足球机器人的运动；操作现场通过视频接收发送器接收视频信息，通过网络预测模 块 接收足球机器人比赛信息并探测网络状态，其预测结果经图像重构模块显示给操作者，操作者根据反馈信息操作游戏杆发布的操作命令结合预测结果、通过命令转换模块转换为足球机器人的左右轮速度，然后传送到控制计算机。本 发明 通过将遥操作技术融入机器人足球比赛，为拓展机器人足球的普及性和趣味性提供了新的技术途径。，下面是基于互联网进行遥操作机器人足球比赛的方法专利的具体信息内容。
1.一种基于互联网的建立遥操作机器人足球比赛系统的方法，其特征 在于：将系统分为比赛现场和操作现场两部分，两部分之间通过互联网相 连，应用网络Socket进行通讯；一方面，比赛现场部分摄像机采集机器人 足球比赛中的场地信息，足球机器人位姿，球的位置信息，并通过视频计 算机和控制计算机分别将现场视频图像和比赛信息数据传送到操作者端， 同时，接收操作者端的命令和信息，并通过无线串口通讯控制比赛场地中 足球机器人的运动；另一方面，操作现场的操作者通过视频接收发送器接 收比赛现场视频计算机的视频反馈信息，通过网络预测模块接收足球机器 人的位姿并探测网络状态，网络预测模块将预测结果经图像重构模块显示 给操作者，操作者根据反馈信息操作游戏杆、发布操作命令，操作命令结 合预测结果、通过命令转换模块转换为足球机器人的左右轮速度，然后传 送到控制计算机。
2.按照权利要求1所述基于互联网进行遥操作机器人足球比赛的方法， 其特征在于：通过视频计算机和控制计算机分别将现场视频图像和比赛信 息数据传送到操作者端的方法是：视频计算机将视频图像的模拟信号转换 成数字信号，经互联网将数字视频信号送至视频接收发送器，同时还接收 操作者端的操作视频，进行显示输出；控制计算机从视频图像中提取足球 机器人的位姿，求出球的位置信号，经互联网送至网络预测模块。
3.按照权利要求1所述基于互联网进行遥操作机器人足球比赛的方法， 其特征在于：其中操作者的操作过程可由摄像头采集，经视频接收发送器 发送到比赛现场的视频计算机。
4.按照权利要求1所述基于互联网进行遥操作机器人足球比赛的方法， 其特征在于：所述命令转换模块流程为：首先读取游戏杆状态信息，和机 器人姿态及速度预测增量以及角速度预测增量，然后判断方位角范围，如其 范围大于1/4π且小于3π/4，则速度置为-Y/可调常数，计算角速度预测值及 足球机器人的左右轮速度；当程序不结束时发送左右轮速度信息至控制计 算机后返回读取游戏杆状态信息；否则，判断方位角范围是否大于等于3π/4 且小于等于5π/4，是，则速度置-X/可调常数，计算角速度预测值及足球机 器人的左右轮速度；当程序不结束时发送左右轮速度信息至控制计算机后 返回读取游戏杆状态信息；否则，判断方位角θ范围是否大于等于5π/4且 小于等于7π/4，若是，则速度置Y/可调常数，计算角速度预测值及足球机 器人的左右轮速度；当程序不结束时返回读取游戏杆状态信息；否则，给 速度置-X/可调常数，计算角速度预测值及足球机器人的左右轮速度；当程 序不结束时发送左右轮速度信息至控制计算机后返回读取游戏杆状态信 息；在程序结束时退出。
5.按照权利要求4所述的基于互联网进行遥操作机器人足球比赛的方 法，其特征在于：所述可调常数为1～1000之间的整数。
6.按照权利要求1所述的基于互联网进行遥操作机器人足球比赛的方 法，其特征在于：所述网络预测模块用于预测机器人的实际位姿，设定时 延的阈值n1，n2，n3，判断网络时延τ与阈值的关系，计算相应的速度预 测增量以及角速度预测增量；具体流程为：首先实时探测网络状态，然后 读取足球机器人的位姿和足球机器人前一刻的速度、角速度，通过公式计 算位姿预测值，设定初始化阈值n1、n2、n3，当时延值大于等于n1、小于等 于n2时，将速度预测增量置Δv1，角速度预测增量置π/m1；当时延值大于 等于n2、小于等于n3时，将速度预测增量置Δv2，角速度预测增量置π/m2； 当时延值大于等于n3时，将速度预测增量置Δv3，角速度预测增量置π/m3， 否则将速度预测增量置0，角速度预测增量置0，返回探测网络状态延值。
7.按照权利要求6所述的基于互联网进行遥操作机器人足球比赛的方 法，其特征在于：其中初始化阈值n1、n2、n3为大于0的常数，三者关系 为n1＜n2＜n3；速度预测增量Δv1、Δv2、Δv3为小于0的常数，三者关系为： Δv3＜Δv2＜Δv1；m1、m2、m3为大于1的可调常数，三者关系为m1＜m2＜m3； 计算位姿预测值公式为：x＝x+vτcosθ，y＝y+vτsinθ，θ＝θ+ωτ。
8.按照权利要求1所述的基于互联网进行遥操作机器人足球比赛的方 法，其特征在于：所述图像重构模块流程是：在操作者界面画出足球场地， 然后进行坐标转换，实时读取网络传来的足球机器人的位姿数据，利用图 形用户接口函数在操作者界面的场地上重构出机器人的运动状态。
9.按照权利要求8所述的基于互联网进行遥操作机器人足球比赛的方 法，其特征在于：所述坐标转换是将足球机器人场地坐标转换为操作计算 机屏幕坐标。
10.按照权利要求1所述的基于互联网进行遥操作机器人足球比赛的 方法，其特征在于：所述基于事件的控制方法以操作计算机作为规划器， 输出的控制命令经控制计算机至被控对像，将被控对像的运动信息反馈至 控制计算机输入端，与规划器输出的控制命令进行比较后，传给作为控制 器的控制计算机；选取控制计算机、视频计算机的信号为远程信息源，以 远程信息源的信息传输作为非时间运动参量，将控制计算机、视频计算机 的信息送至规划器，形成一个完整的交互过程。
技术领域
本发明涉及基于互联网的遥操作领域和机器人足球技术，具体地说是 一种基于互联网进行遥操作机器人足球比赛的方法。
背景技术
基于互联网的遥操作机器人足球比赛中，机器人的操作对象足球始终 处在运动当中，多个机器人需要通过协作配合，将足球踢进对方球门并阻 止对方的进攻，这就要求对机器人的操作具有良好的实时性和透明性，能 够有效的捕捉到动态目标进行操作，同时多机器人之间还要有相应的协调 策略。建立和研究这样的系统，有重要的研究意义和实用价值。但目前还 没有这方面的报道。
发明内容
本发明具体技术方案为：将系统分为比赛现场和操作现场两部分，两 部分之间通过互联网相连，应用网络Socket进行通讯；一方面，比赛现场 部分摄像机采集机器人足球比赛中的场地信息，足球机器人位姿，球的位 置等信息，并通过视频计算机和控制计算机分别将现场视频图像和比赛信 息数据传送到操作者端，其中视频计算机将视频图像的模拟信号转换成数 字信号，经互联网将数字视频信号送至视频接收发送器，同时还接收操作 者端的操作视频，进行显示输出；控制计算机从视频图像中提取足球机器 人的位姿，求出球的位置信号，经互联网送至网络预测模块，同时，接收 操作者端的命令和信息，并通过无线串口通讯控制比赛场地中足球机器人 的运动；另一方面，操作现场的操作者通过视频接收发送器接收比赛现场 视频计算机的视频反馈信息，通过网络预测模块接收足球机器人的位姿并 探测网络状态，网络预测模块将预测结果经图像重构模块显示给操作者， 操作者根据反馈信息操作游戏杆、发布操作命令，操作命令结合预测结果、 通过命令转换模块转换为足球机器人的左右轮速度，然后传送到控制计算 机；操作者的操作过程由摄像头采集，经视频接收发送器发送到比赛现场 的视频计算机；
所述命令转换模块流程为：首先读取游戏杆状态信息，和机器人姿态 及速度预测增量以及角速度预测增量，然后判断方位角范围，如其范围大于 1/4π且小于3π/4，则速度置为-Y/可调常数，计算角速度预测值及足球机器 人的左右轮速度；当程序不结束时发送左右轮速度信息至控制计算机后返 回读取游戏杆状态信息；否则，判断方位角范围是否大于等于3π/4且小于 等于5π/4，是，则速度置-X/可调常数，计算角速度预测值及足球机器人的 左右轮速度；当程序不结束时发送左右轮速度信息至控制计算机后返回读 取游戏杆状态信息；否则，判断方位角θ范围是否大于等于5π/4且小于等 于7π/4，若是，则速度置Y/可调常数，计算角速度预测值及足球机器人的 左右轮速度；当程序不结束时返回读取游戏杆状态信息；否则，给速度置-X/ 可调常数，计算角速度预测值及足球机器人的左右轮速度；当程序不结束 时发送左右轮速度信息至控制计算机后返回读取游戏杆状态信息；在程序 结束时退出；
所述网络预测模块用于预测机器人的实际位姿，设定时延的阈值n1， n2，n3，判断网络时延τ与阈值的关系，计算相应的速度预测增量以及角 速度预测增量；具体流程为：首先实时探测网络状态，然后读取足球机器 人的位姿和足球机器人前一刻的速度、角速度，通过公式计算位姿预测值， 设定初始化阈值n1、n2、n3，当时延值大于等于n1、小于等于n2时，将 速度预测增量置Δv1，角速度预测增量置π/m1；当时延值大于等于n2、小 于等于n3时，将速度预测增量置Δv2，角速度预测增量置π/m2；当时延值 大于等于n3时，将速度预测增量置Δv3，角速度预测增量置π/m3，否则将 速度预测增量置0，角速度预测增量置0，返回探测网络状态延值；
所述图像重构模块流程是：在操作者界面画出足球场地，然后进行坐 标转换，实时读取网络传来的足球机器人的位姿数据，利用图形用户接口 函数在操作者界面的场地上重构出机器人的运动状态；
所述基于事件的控制方法以操作计算机作为规划器，输出的控制命令 经控制计算机至被控对像，将被控对像的运动信息反馈至控制计算机输入 端，与规划器输出的控制命令进行比较后，传给作为控制器的控制计算机； 选取控制计算机、视频计算机的信号为远程信息源，以远程信息源的信息 传输作为非时间运动参量，将控制计算机、视频计算机的信息送至规划器， 形成一个完整的交互过程。
本发明原理是：提供了建立实际比赛系统的结构模型，采用客户端(操 作现场)/服务器(比赛现场)模式，通过传送现场图像及机器人和球的位 置来提供给操作者现场信息，操作者操作游戏杆发布控制命令，通过命令 转换模块和根据网络预测模块将游戏杆的输入转化为足球机器人的左右轮 速度，然后通过互联网传送命令和反馈数据，以完成机器人足球比赛。
本发明具有以下优点：
1.本发明可以建立基于互联网的遥操作机器人足球比赛系统，建立这 样的系统，对研究互联网机电系以及机器人传感技术，机器人的机敏运动 性能，多机器人协调，机器人行动多样化，通信和运动的实时性等方面都 能够起到推动和促进作用。
2.采用本发明，建立基于互联网的遥操作机器人足球比赛系统还具有 重要的社会效益。采用遥操作的方式进行机器人足球赛，直接参与性强， 简单易行，对抗激烈，具有很强的趣味性，而以互联网作为媒介，可以使 更多的人参与到机器人足球比赛中，增强机器人足球赛在普通大众中的普 及，提升大众尤其是青少年对机器人的兴趣。
附图说明
图1为本发明系统的框图。
图2为本发明一个实施例3对3机器人足球比赛的示意图。
图3为命令转换模块的流程图。
图4为网络预测模块的流程图。
图5为图像重构模块的流程图。
图6为基于事件的控制方法框图。
具体实施方式
图1所示为基于互联网的建立遥操作机器人足球比赛系统的框图。系 统分为比赛现场和操作现场两部分，两部分之间通过互联网相连，应用网 络Socket进行通讯。一方面，比赛现场部分摄像机采集机器人足球比赛中 的场地信息，足球机器人位姿，球的位置等信息，并通过视频计算机和控 制计算机分别将现场视频图像和比赛信息数据传送到操作者端，其中视频 计算机采用视频卡(市购产品)将视频图像的模拟信号转换成数字信号， 经互联网通过视频会议程序(市购产品)将数字视频信号送至视频接收发 送器；同时还接收操作者端的操作视频，进行显示输出；控制计算机通过 图象处理程序(市购产品)从视频图像中提取足球机器人的位姿和球的位 置信号，经互联网送至网络预测模块；同时，接收操作者端的命令和信息， 并通过无线串口通讯控制比赛场地中足球机器人的运动。操作现场的操作 者通过视频接收发送器接收赛现场视频计算机的视频反馈信息，通过网络 预测模块接收足球机器人的位姿并探测网络状态，网络预测模块将预测结 果经图像重构模块显示给操作者；另一方面，操作现场的操作者根据反馈 信息操作游戏杆、发布操作命令，操作命令结合预测结果、通过命令转换 模块转换为足球机器人的左右轮速度，然后传送到控制计算机；操作者的 操作过程由USB摄像头采集，经视频接收发送器发送到比赛现场的视频计 算机。
其中，由于以互联网作为传输通道，操作者接收的反馈信息和发布的 操作命令都通过网络状态模块进行了补偿。除了应用视频接收发送器接收 现场视频，还应用图像重构模块根据反馈的机器人位姿，球的位置以及网 络状态对比赛现场进行了图像重构，方便操作者进行比赛。所述网络预测 模块、命令转换模块、视频接收发送器、图像重构模块作为程序均存储于 操作计算机中。
图2为按照图1所示系统框图建立的3对3遥操作足球机器人比赛系 统的示意图。现场端为3对3的足球机器人比赛场地和相应的比赛设施。 比赛场地上方安装摄像机采集比赛现场视频和比赛数据信息，摄像机分别 与控制计算机(通过图像采集卡，市购产品)和视频计算机(通过视频卡， 市购产品)相连，两个计算机分别连接到互联网上，与操作者端进行通讯。 控制计算机装有无线串口用以发送命令给机器人执行，操作者端的操作计 算机与互联网相连，计算机上安装相应数目的游戏杆用来产生控制命令。
图3为按照图1所建立的系统中的命令转换模块的流程图。具体流程 为：首先读取游戏杆状态信息X(为游戏杆水平轴的值)，Y(为游戏杆垂 直轴的值)，R(为游戏杆旋转轴的值)，和机器人姿态(方位角θ)及速度 预测增量Δv以及角速度预测增量Δω，然后，判断方位角θ范围，如其范 围大于1/4π且小于3π/4，则v置-Y/20，计算角速度预测值ω及足球机器人 的左右轮速度vl和vrr；当程序不结束时发送左右轮速vl和vr信息至控制计 算机后返回读取游戏杆状态信息；否则，判断方位角θ范围是否大于等于 3π/4且小于等于5π/4，是，则v置-X/20，计算角速度预测值ω及足球机器 人的左右轮速度vl和vr；当程序不结束时发送左右轮速度vl和vr信息至控 制计算机后返回读取游戏杆状态信息；否则，判断方位角θ范围是否大于 等于5π/4且小于等于7π/4，若是，则v置Y/20，计算角速度预测值ω及足 球机器人的左右轮速度vl和vr；当程序不结束时返回读取游戏杆状态信息； 否则，给v置-X/20，计算角速度预测值ω及足球机器人的左右轮速度vl和 vr；当程序不结束时发送左右轮速度vl和vr信息至控制计算机后返回读取游 戏杆状态信息；在程序结束时退出。
其中：本实施例命令转换模块读取游戏杆的输入X，Y，R和机器人的 方位角θ，根据公式(1)、(2)计算出速度v和角速度ω，然后叠加网络预 测模块的预测值Δv以及Δω：
ω＝2πnR/1000 (2)；
最后通过公式(3)计算出机器人的左右轮速度并通过网络发送给控制 计算机，执行。
公式(2)中的n为转速为可调控制量。d为足球机器人的左右轮之间 的距离。
如图4所示，网络预测模块用于预测机器人的实际位姿，设定时延的 阈值n1，n2，n3，判断网络时延τ与阈值的关系，应用不同的公式计算出 相应的速度预测增量Δv以及角速度预测增量Δω；具体流程为：首先实时 探测网络状态，然后读取足球机器人的位姿和足球机器人前一刻的速度、 角速度，通过公式计算位姿预测值，设定初始化阈值n1、n2、n3，当时延值 大于等于n1、小于等于n2时，将速度预测增量置Δv1，角速度预测增量置 π/m1；当时延值大于等于n2、小于等于n3时，将速度预测增量置Δv2，角 速度预测增量置π/m2；当时延值大于等于n3时，将速度预测增量置Δv3， 角速度预测增量置π/m3，否则将速度预测增量置0，角速度预测增量置0， 返回探测网络状态时延值。
本实施例初始化阈值n1、n2、n3虽网络状态调整，三者关系为 n1＜n2＜n3；速度预测增量Δv1、Δv2、Δv3可为-5，-10，-15，三者关系为： Δv3＜Δv2＜Δv1；m3、m2、m1为10，15，20，三者关系为m1＜m2＜m3。
如图5所示，利用图像重构模块流程是：在操作者界面画出足球场地， 然后进行坐标转换(将足球机器人场地坐标转换为操作计算机屏幕坐标)， 对应实际比赛场地，实时读取网络传来的足球机器人的位姿数据X，Y，θ， 利用Windows GUI函数(图形用户接口函数)在操作者界面的场地上重构 出机器人的运动状态，使操作者的操作更加方便。
所述图象重构模块是一个辅助性功能模块，采用该模块可以将比赛过 程更直观的呈献给操作者。
如图6所示，基于事件的控制方法以操作计算机作为规划器，输出的 控制命令经控制计算机至被控对像，将被控对像的运动信息反馈至控制计 算机输入端，与规划器输出的控制命令进行比较后，传给作为控制器的控 制计算机；选取控制计算机、视频计算机的信号为远程信息源，以远程信 息源的信息传输作为非时间运动参量，将控制计算机、视频计算机的信息 送至规划器，形成一个完整的交互过程(即：一个事件单位)。其中以足球 机器人为被控对像，由控制计算机控制。
应用基于事件的控制方法可以使得系统的控制过程及与环境的交互过 程均具有时间无关性，保证系统的稳定性可靠性和操作的透明性。
采用本发明方法，建立了基于互联网的遥操作机器人足球比赛系统， 对研究互联网机电系以及机器人传感技术，机器人的机敏运动性能，多机 器人协调，机器人行动多样化，通信和运动的实时性等方面都能够起到推 动和促进作用。建立基于互联网的遥操作机器人足球比赛系统还具有重要 的社会效益，采用遥操作的方式进行机器人足球赛，直接参与性强，简单 易行，对抗激烈，具有很强的趣味性，而以互联网作为媒介，可以使更多 的人参与到机器人足球比赛中，增强机器人足球赛在普通大众中的普及， 提升大众尤其是青少年对机器人的兴趣。本发明为基于互联网的遥操作提 供了良好的研究平台同时也为机器人技术的普及提供了新的途径。
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