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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:詹勳麟
研究生(外文):Chan, Hsun-Lin
論文名稱:WRO足球機器人攻防策略之研究
論文名稱(外文):The Study of Attack and Defense Strategies for Soccer Robot
指導教授:施伯勳
指導教授(外文):Shih, Po-Hsun
口試委員:陳彥君魏憲中
口試委員(外文):Chen, Yan-ChunWei, Hsien-Chung
口試日期:108年6月28日
學位類別:碩士
校院名稱:萬能科技大學
系所名稱:資訊管理研究所
學門:電算機學門
學類:電算機一般學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2019
畢業學年度:107
語文別:中文
論文頁數:79
中文關鍵詞:WRO足球機器人EV3
外文關鍵詞:World Robot Olympiad (WRO)soccer robotEV3
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近年來機器人蓬勃發展,已經由各個領域轉向工業4.0,不僅是互動型的機器人、掃地型機器人、救災型機器人,可見機器人已漸漸融入到我們的生活中,近年來政府積極的推動程式的撰寫的能力,12年國教新課綱預計於108學年上路,要學程式設計及演算法,和生活科技應用同列入新增的科技領域課綱。
接觸樂高領域的人有逐年變多,根據本研究觀察中,每年參與桃園市所舉辦的競賽中,競賽類往往變化很大,所以本研究就著重於足球機器人技術開發,把進入的門檻能降低許多,讓更多人可以玩足球機器人。
本研究是利用LEGO MINDSTORMS Education EV3軟體來做出一系列的測試,並傳授本實驗結果於附近鄰近國中、高職端,參與桃園市所舉辦的〝科技創造力機器人設計大賽〞之足球賽,找出本研究的缺點加以改善,希望能做出接近完美的程式供各位想玩的孩子們參考。
WRO足球機器人攻擊機應具備第一點追球能力、第二點指南針方向定位、第三點當卡住邊牆的應變能力、第四點把球射進球門的能力;第一點追球的能力定義:利用IR Seeker V2感應器追逐紅外線電子球,由20顆紅外線充分覆蓋球面,LED向外發送根據方向強度做出有效的演算法、第二點指南針方向定位定義:利用Compass感應器做出絕對位子與相對位子,提供資訊給機器人做出有效的策略攻擊方式,再來就是防止將球誤射進自己的球門,第三點卡住邊牆的應變能力定義:在比賽規格第六項第一條:如果機器人動作不正確或是對球沒有反應就會被裁判視為損壞的機器人,根據這條規則做出因應對策,利用LEGO EV3中的馬達,馬達當中有角度感應器,當馬達停止過久時會產生的一個機制,防止卡在邊牆無法繼續比賽,第四點把球射進球門定義:利用Compass定位判斷出是否面向敵方球門,結合IR Seeker V2方向與強度的辨別,做出有效射球策略,實驗當中有結合到光源感應器是針對確保紅外線電子球在機器人的的正前方。
本研究結合以上提出的方法測試出一台攻擊機可上場與敵人進行角逐。
WRO足球機器人防守機應具備能力第一點球進入範圍內進行防守、第二點方向的校正、第三點攻擊時不超越罰球區;第一點球進入範圍內進行防守:是利用IR Seeker V2感應器判斷紅外線電子球的所在方向與強度的判斷是否進入程式設定範圍內,做出有效的防守,第二點方向校正:球遠離自己時進行誤差校正面向敵方球門,第三點攻擊時不超越罰球區:進行攻擊時往前衝時不超越罰球區的黑線。
本研究結合以上提出的方法測試出一台可上場進行有效的防守機器人。
Robotic technology has advanced rapidly in recent years, and the focus of robot development in various fields has shifted toward Industry 4.0. Various types of robots have gradually been introduced to everyday life, including interactive robots, robot vacuum cleaners, and rescue robots. In recent years, the Taiwanese government has actively promoted the cultivation of programming ability and decided to incorporate courses related to programming and algorithm in the Curriculum Guidelines of 12-year Basic Education. The government also plans to introduce courses about living technology to the science and technology domain in the 2019 academic year.
The number of Lego players is increasing each year. This study observed that the types of competitions held by Taoyuan City vary greatly every year. Therefore, this study focused on the soccer robot competition, hoping to reduce the entry barrier of this competition.
This study employed the software LEGO MINDSTORMS Education EV3 to conduct a series of testing and shared the testing results with the neighboring junior high schools and vocational high schools, helping them participate in the soccer robot competition of the 2019 World Robot Olympiad (WRO) held by Taoyuan City. This study then identified the shortcomings of the designed robots and attempted to develop an ideal program for students interested in creating soccer robots.
In WRO, a soccer robot as an attacker should possess the abilities to (1) track the soccer ball, (2) determine compass orientations, (3) take response measures when being stuck in a wall, and (4) shoot the ball at the goal. The first ability was achieved as follows: The IR seeker V2 sensor tracks the infrared electronic ball. The ball surface is covered with 20 infrared light-emitting diodes (LEDs), which emitt infrared rays according to the direction and power of the ball for effective algorithm computation. The ability to determine compass orientation was achieved as follows: A compass sensor determined the absolute and relative positions, providing information for the robot to decide effective attack strategies. This function is also designed to prevent the robot from mistakenly shooting the ball at its own goal. The third ability was achieved as follows: According to the first paragraph of Article 6 of the game rules, if a robot demonstrates incorrect movement or does not respond to the ball, it would be determined as a broken robot by the referee. To avoid such a situation, this study installed the motor provided in LEGO EV3 in the robot; this motor is equipped with an angle detector. When the motor stops running for an extensive period, a mechanism is initiated to prevent the robot from becoming stuck in the wall. The ability to shoot at the goal was achieved as follows: A compass orientation function determines whether the robot is facing the opponent’s goal. This function is integrated with the function of IRseekerV2 to identify the ball direction and power, allowing the robot to determine an effective shooting strategy. In the experiment, a light source sensor was also incorporated in the robot to ensure that the robot stays in front of the infrared electronic soccer ball.
This study employed the aforementioned methods to develop a robot that serves as an attacker in a soccer game.
A soccer robot playing defense in the WRO should possess the abilities to (1) defend when the ball enters the defensive zone, (2) correct its direction, and (3) avoid crossing the penalty area. The first ability was achieved as follows: The IR seeker V2 sensor collects data regarding the direction and power of the infrared electronic ball to determine whether the ball has entered a preset region. This enables the robot to defend effectively against the opponents. The direction correction ability was defined as follows: When the ball moves away from the robot, the robot can correct its direction errors and face the opponent’s goal. The ability to avoid crossing the penalty area was achieved by programing the robot to avoid crossing the black line marking the penalty area.
This study employed the aforementioned methods to develop a robot that can perform effective defense in a soccer game.
中文摘要 i
Abstract iii
致謝 vi
目錄 vii
表目錄 x
圖目錄 xi
第一章 緒論 1
1.1研究動機與目的 1
1.2背景研究 2
1.3機構設計方向 3
1.4論文結構 4
第二章 文獻探討 5
2.1國際奧林匹克機器人大賽 5
2.2 HiTechnic IR Seeker V2 感應器探討 6
2.3 LEGO EV3大型馬達探討 14
2.4 LEGO EV3中型馬達探討 17
2.5 LEGO MINDSTORMS Education EV3軟體介紹 20
2.5.1主畫面介紹 20
2.5.2程式區介紹 21
2.5.3動作指令區介紹 22
2.5.4流程指令區介紹 22
2.5.5感應器指令區(監測) 23
2.5.6資料操作指令區 24
2.5.7進階指令區 25
2.6樂高設備介紹 26
2.6.1 EV3主機介紹 26
2.6.2 EV3&NXT主機功能比較 27
2.6.3 EV3大型馬達介紹 28
2.6.4 EV3中型馬達 28
2.6.5 EV3超音波感應器 29
2.6.6 EV3陀螺儀感應器 29
2.6.7 EV3光感感應器 30
2.6.8 EV3觸碰感應器 30
2.6.9紅外線發射器 31
2.6.10 EV3紅外線感應器 31
第三章 研究方法 32
3.1足球機器人硬體平台 32
3.2追球方式判斷 35
第四章 足球機器人策略攻防 39
4.1指南針校正 39
4.2指南針定位 40
4.3讀取內部資料 42
4.4攻擊機-方向判別 42
4.5攻擊機-Lock_north副程式判斷方式 43
4.6攻擊機- IR_GO副程式判斷方式 44
4.7防守機-追球模式 48
4.8 防守機-光球為0的定位模式 49
4.9 防守機-光球為5判斷式 51
第五章 結論與建議 53
5.1結論 53
5.2建議 54
參考文獻 55
附錄A桃園市競賽須知 56
附錄B歷屆國際奧林匹克機器人大賽 地點 題目 64
[1]CAVE教育團隊、曾吉弘 等著(2013),機器人程式超簡單.LEGO MINDSTORMS Education EV3動手作,馥林文化
[2]Compass 感應器
https://modernroboticsinc.com/product/hitechnic-nxt-compass-sensor/
[3]IRseeker V2 感應器https://www.hitechnic.com/cgi-bin/commerce.cgi?preadd=action&key=NSK1042
[4]WRO官網
http://www.wroboto.org/about.wro
[5]李世華(2012)。輪型足球機器人系統之研究。高苑科技大學電機工程研究所碩士論文。高雄市
[6]李璟林(2003)。群組足球機器員之即時影像伺服系統設計與模糊控制。國立雲林科技大學電機工程系碩士班碩士論文。雲林縣
[7]貝登堡智能
https://www.kkitc.net/categories/lego-education?page=3
[8]桃園市創造力機器人大賽.大會手冊取至http://wro.vnu.edu.tw/Teamphoto/News/2019_0_2019%E6%A9%9F%E5%99%A8%E4%BA%BA%E9%81%B8%E6%89%8B%E5%8F%83%E8%B3%BD%E6%89%8B%E5%86%8A_%E7%A2%BA%E5%AE%9A%E7%89%88.pdf
[9]維基百科.“艾西莫夫”機器人三大定律 https//zh.wikipedia.org/zh.tw/%E6%9C%BA%E5%99%A8%E4%BA%BA%E4%B8%89%E5%AE%9A%E5%BE%8B
[10]維基百科.機器人https://zh.wikipedia.org/zh.tw/%E6%9C%BA%E5%99%A8%E4%BA%BA
[11]蔡豊珍(2014)。單一光感應器自走機器人循跡效率之研究。國立高雄師範大學工業科技教育學系碩士論文。高雄市
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