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机器人足球现状综述


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机器人足球发展现状综述
内容摘要: 内容摘要:目前,国际上机器人足球已发展为两大系列,一是由国际机器人足联(FIRA)组 织的微型机器人世界杯足球赛( MiroSot );另一个是由国际人工智能学会组织的机器人世界 杯足球赛( RoboCup )。在机器人足球比赛蓬勃开展的同时,有关机器人理论研究也取得了 长足的进步,并且机器人足球比赛开始逐渐的遍布到所有国家。

关键词: 关键词:机器人足球;发展;现状;迅速

机器人足球比赛是今年来国际上迅速开展起来的一种高科技的对抗活动, 它 涉及人工智能、智能控制、机器人、通信、传感等多个领域的前沿研究和技术融 合。 目前, 国际上机器人足球已发展为两大系列, 一是由国际机器人足联 (FIRA) 组织的微型机器人世界杯足球赛( MiroSot );另一个是由国际人工智能学会组织 的机器人世界杯足球赛( RoboCup )。在机器人足球比赛蓬勃开展的同时,有关 机器人理论研究也取得了长足的进步, 并且机器人足球比赛开始逐渐的遍布到所 有国家。 一、机器人足球理论知识发展迅速 在 FIRA 比赛蓬勃开展的同时,有关机器人足球系统和机器人足球竞赛理论 研究也取得了长足的进步。在每一届机器人足球世界杯比赛和地区性比赛期间, 主办者都会举行相关的培训和研讨会,并召开一些机器人足球专题学术会议。例 如在 2002 年召开的 FIRA Robot World Congress,就录用了来自 26 个国家的 142 篇论文;2003 年在北京举行的中国机器人足球大赛录用了全国数十所高校的近 百余篇论文。这些论文中介绍了与机器人足球相关的视觉系统、运动规则、动作 设计、策略系统设计的最新研究成果。 足球机器人的动作和策略系统研究成绩显著。在早先的比赛当中,机器人之 间缺乏合理的分工合作,常常挤在一起,互相干扰任务完成。现在这种现象已经

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不存在了,特别是在仿真系统中,机器人常常打出行云流水的配合,比赛极具观 赏性。 同时足球机器人正以一种高技术对抗的形式赢得学术界的认可。 一些学术刊 物如《Artifical Intelligence Journal》、《AI Magazine》等都出版了机器 人足球专辑。一些有影响的国际学术会议如 IJCAI、IROS、Agent、ICMAS、AAAI 研讨会、JSAI 研讨会等也都安排了这方面的专题讨论。RoboCup 和 FIRA 也都组 织了一年一度的比赛和召开学术会议,推动相关学科进展。机器人足球的研究已 经在国际人工智能和智能机器人领域产生了非常大的影响。 虽然离实现最后的目 标还有相当长的路要走,但正如同计算机与人下国际象棋一样,必将对相关的国 际研究领域产生巨大的推动作用。可以预料,有朝一日机器人足球会因为它的娱 乐性、观赏性以及高技术挑战性,不仅仅有助于科研与教学的进展,也会形成相 当数量的需求与产业,从而长盛不衰、不断开创新的局面。 二、国内机器人发展现状 国内的机器人研究近年来也取得了长足的进步。目前,国内有很多大学都有 了自己的 FIRA 机器人足球队,其中包括哈尔滨工业大学、东北大学、浙江大学、 清华大学、北京大学、中国地质大学(武汉)、西华大学等。从 1999 年开始, 国内开始组织全国性的足球机器人比赛,以及相关的学术交流活动。 国内的机器人研究虽然刚刚起步,但是已经显示出强大的活力。中国人工智 能学会、中国自动化学会分别设立了机器人足球协会和机器人竞赛委员会,以组 织、协调和指导我国高校和研究机构开展机器人足球比赛、学术交流和相关研究 工作。许多学校和机构已经积极行动起来,主要包括中国科学院自动化研究所、 清华大学、中国科技大学等。近年来,在国际比赛中,尤其是在 FIRA 竞赛中, 我国科研机构取得了很好的成绩。 三、国际机器人足球的发展特点 目前,从机器人足球的国际发展来看,主要有以下几个方面的特点: 发展迅速, 1、 发展迅速,比赛规模逐年扩大

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经过近十年的发展,FIRA 已经从最初的 37 支代表队发展到 30 多个国家组 织的上百支球队。RoboCup 现有成员国近 40 个参赛队已经从最初的 37 支代表队 发展到今天大的一百多支。可见机器人足球发展之迅速。 竞争激烈, 2、 竞争激烈,比赛水平提高很快 由于参赛队伍多, 除了一些一流的强队外, 大部分实力接近, 竞争日趋激烈。 这表明机器人足球已受各国高度关注。 每届世界杯赛各队的战术水平都有明显的 提高,都会出现新颖的软、硬件设计和巧妙的战术配合。 得到著名期刊、国际研讨会议的高度重视 3、 得到著名期刊、国际研讨会议的高度重视 机器人正以一种高科技对抗性的形式赢得学术界的认同。一些学术期刊如 《The Journal on Robotics and Autonomous Sysetem》、《The International Journal of Intelligent Automation and Soft Computing》等都出版了机器人 足球专辑。一年一度的世界杯赛也都同时凿开学术会议,推动相关学科的进展。 欧美以及韩国、 4、 欧美以及韩国、日本的机器人足球水平仍处于领先地位 在 RoboCup 已经举办的几届比赛中,欧美的优势不断扩大,尤其是德国在参 赛规模和竞赛成绩方面都处于一流的水平;美国的竞赛成绩仍居各国之首;而韩 国在 FIRA 系列比赛中拥有比较达的优势。 我国机器人足球奋起直追、 5、 我国机器人足球奋起直追、迅速提高 我国对机器人足球的研究起步比较晚,开始时整体水平不高。我国的科研工 作者于 1997 年才开始涉足机器人足球比赛相关领域的研究与探索。现代机器人 足球在国内引起了普遍重视, 一些大学纷纷组队并通过各种形式的活动来提高研 究水平。目前,我国的机器人足球水平已经有很大的提高,在 2008 年的 FIRA 机器人足球世界杯中,中国获得了 14 项冠军。 由此可见,自 20 世纪 90 年代初开始的机器人足球活动,其波及的范围越发 广泛, 比赛的类型也不断升级。 从几年前的软件仿真比赛和轮式机器人足球比赛、 1999 年 SONY 公司的四足机器狗足球赛,到 2000 年已经出现了双足机器人踢球 表演。2002 年的机器人足球世界杯将人型机器人足球赛列为正式的比赛项目。 2006 年又推出了 Nao 全自主双足人形机器人标准平台比赛。

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在 RoboCup 比赛项目上,清华大学和中国科技大学代表了中国的最高水平。 国内的参赛队伍一般都是参加 RoboCup 仿真组比赛。清华大学在 2001 年的 RoboCup 仿真组比赛中夺得了金牌,实现了中国 RoboCup 金牌的零突破,2002 年又在日本折桂蝉联冠军,获得该项目组的亚军是北京理工大学,者说明我国在 RoboCup 仿真比赛中的水平已居世界前列。2007 年和 2008 年中国科技大学分别 获得了 RoboCup 仿真 2D 组的冠军和亚军, 其在 RoboCup 仿真 3D 方面的成绩也非 常优异。 四、对于多机器人系统研究的现状 目前,对于多机器人系统的研究主要有以下三个方面: 1、 多机器人系统及其协作结构 随着社会的发展和科技的进步,工厂及其他领域对机器人的需求在不断增 加,对多机器人系统的研究也受到了极大的重视,多机器人同构系统(一般机器 人数量较多)主要研究其社会行为;异构系统(一般机器人数量较少)主要研究 能够完成不同任务的多个机器人之间如何进行有意识的配合, 如何完成具有适应 性的动作选择,以及进行冲突(如任务冲突、资源冲突等)消解问题,多机器人 控制结构及协作框架等问题。 20 世纪 80 年代以来, 自 多机器人协作系统在理论、 实践方面都有很大的进展,并建立了一些仿真实验系统,如 ACTRESS 系统采用协 商式控制结构,允许机器人在需要时可召集其他机器人给予帮助。另外,对策论 的研究者对学习在协作过程中的作用做了广泛的研究。 国内在这些方面起步较晚,成熟系统不多。如何在有竞争对手的动态环境下 建立有效的协作框架,使得多机器人表现出团队的行为,仍是需要进一步研究的 问题。 2、 移动机器人的智能控制 轮式机器人由于其良好的移动性和所受的非完整性约束,一直备受关注,国 内外许多学者从理论方面研究了它的运动规划及控制方法,并取得了丰硕的成 果,如采用神经网络控制方法,有些文献考虑了不确定性和扰动对系统的影响, 建立了相应的鲁棒控制方法,并进行了相应的仿真实验,但与实际应用仍相距甚

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远。为了得到完全线性化模型及全局跟踪控制律,利用微分平坦的概念,引入动 态反馈使得系统完全线性化,由此得到指数收敛的控制律,但仍有不足。针对轮 式移动机器人的轨迹跟踪问题,有文章提出一种基于神经网络的预测控制方法, 利用在线的神经网络调整预测时域的长度, 较好的地实现了对期望轨迹的跟踪控 制。 目前智能控制方法在轮式移动机器人控制中的应用还只是停留在理论研究的 阶段,诸如实时性等问题限制了智能控制方法的进一步的应用。除此之外还有鲁 棒控制法、预测控制法、基于事件等方法也被应用于轮式移动机器人的控制中。 移动机器人的控制难点在于点镇定, 不连续反馈和时变反馈能更好的解决这 个问题,但系统的动态特性并不理想。但对于大多数控制律只做了理论研究和仿 真,且小车模型大部分是基于纯滚动无滑动的假设前提,对不确定因素的影响考 虑的比较少,实际应用中控制参数较难确定。 3、 障碍回避及路径规划 动态环境的路径规划,是机器人自主导航的关键问题。比较流行的方法是势 场法它引入了虚力的概念来控制机器人的避障运动。这种方法结构简单,易于实 现,得到广泛的应用,但仍存在较大的缺陷。许多文章提出了各种避障方法,如 应用贝赛尔曲线和遗传算法控制机器人避障路径的方法。 在存在敌对机器人的动 态环境下,快速有效的多机器人路径规划问题仍需要作进一步的研究。 实时决策 4、 实时决策 为了解决机器人足球的领域实时决策问题, 研究人员提出了大量的控制结构 和方法。如采用角色分配方法、状态空间到行为空间映射的方法,进行足球机器 人的适应性动作选择。许多的文章从各个方面提出各类问题及解决方法,可见实 施决策的研究还是有非常大量的工作需要进行的。

结论: 结论:
机器人足球比赛是今年来国际上迅速开展起来的一种高科技的对抗活动, 它 涉及人工智能、智能控制、机器人、通信、传感等多个领域的前沿研究和技术融 合。国际机器人足球发展迅速,竞争激烈,理论知识发展步伐更为迅速,研究方

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面广泛,国内机器人足球起步晚,但发展迅速,相信在不远的将来,机器人会站 在足球场上,与人类一起踢球。

参考文献: 参考文献: [1]杨林权. 《足球竞赛与设计技术》

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