类人机器人是集机械工程、电子工程、计算机科学、自动控制技术于一体的多学科交叉的产物,是机器人领域的一个重要研究方向。本文根据2019年的Robo Cup小型类人足球机器人比赛规则,设计制作了机器人物理样机,完成了其控制系统的搭建,使得机器人具备一定的行动能力和感知能力去完成足球比赛。本文首先对机器人的机械结构及硬件设备进行了设计和选型,机器人包含18个自由度,利用总线式数字舵机作为关节执行器,通过摄像头和惯性测量单元感知外部信息;主控分为两层,上层做主要运算,下层做硬件控制;电路上分为供电、通信和交互等部分,并采用主控与舵机隔离供电的方式。机器人的逆运动学求解使用了解析方法,建立了机器人行走以及动作控制的基础。本文实现了一个小型的机器人控制系统,分为不同的模块,模块间具有较低的耦合度,通过广播消息和远程过程调用通信。该控制系统根据功能主要划分为主控制器、底层控制器、调试系统、辅助系统、运动控制系统和视觉系统。主控制器包含运动学、上下层通信系统、基于有限状态机的决策系统等。底层控制器用于舵机等设备的控制和部分传感器数据的读取。调试系统基于Qt图形界面框架,具备图像调试、参数校准、机器人遥控及状态监测等功能。辅助系统中完成了基于CMake的交叉编译规则以及基于Python的自动化脚本系统。运动控制系统用于规划机器人的行走和特殊动作。文中搭建了基于Webots平台的机器人仿真模型,以便对运动控制进行测试。在行走的规划中,利用倒立摆模型和零力矩点理论规划质心轨迹,利用多项式规划摆动腿轨迹。对于机器人的特殊动作,文中提出了基于动作中关键位姿插值的方法,并设计了对应工具。视觉系统中,预处理阶段完成了不同图像数据的采集、图像颜色空间及存储格式的转换、基于双线性插值的图像尺寸缩放以及图像的畸变矫正,并提出了利用CUDA加速图像预处理的方法。目标提取阶段,基于统计及RANSAC拟合方法实现了场地边界提取,基于卷积神经网络完成了球门和足球识别。