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    林桂娟：江西理工大学机器人实验室

    1  引言

    机器人足球比赛是一个有趣并且复杂的新兴的人工智能研究领域，它融合了实时视觉系统、机器人控制、无线通讯、多机器人控制等多个领域的技术。目前已经成立了两个足球机器人比赛组织，一个是1997年成立了国际机器人足球协会联合会FIRA（Federation of International Robot-soccer Association），另一个是1996年成立的国际人工智能学会组织的国际机器人足球协会（ROBOCUP）。足球机器人系统可描述为：多个机器人活动在一个实时、噪声以及对抗性的复杂环境下，通过协作、配合朝向一个共同的目标（或完成复杂任务），它由机器人小车、视觉子系统、无线通信子系统和决策子系统四部分组成。随着信息技术的飞速发展，多机器人的应用需求不断增加，多主体动态不可预测环境中的问题求解已经成为信息―自动化领域基础研究和应用研究的重大挑战性课题，而机器人足球则为此提供了一个典型的应用和测试平台。

    2  机器人足球的发展状况

    从目前机器人足球的国际发展来看，主要有以下几个方面的特点：

    (1)发展迅速，比赛规模逐年扩大。经过4年的发展，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的154支球队。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。可见机器人足球发展之迅速。

    (2)竞争激烈，比赛水平提高很快。由于参赛队伍多，且除一些一流强队外，大部分实力接近，竞争趋于激烈。这表明机器人足球已受各国的高度重视。每届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。

    (3)国际研讨，著名期刊、会议倍加重视。一些有影响的国际学术会议如WAC?8,AROBIII?8,AROB?9等安排了这方面的专题讨论。一年一度的世界杯赛也同时召开学术会议，推动相关学科的进展。

    (4)欧美优势，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4届比赛中，欧美的优势不断扩大，尤其是德国，参赛规模和竞赛成绩都处于一流的水平，美国的竞赛成绩仍居于各国之首，韩国FIRA系列在比赛内拥有绝地优势。

    (5)改变我国足球机器人发展整体落后状况。我国的机器人足球的整体水平不高。只有中国科技大学在2000年ROBOCUP杯赛中取得仿真组的第九名的成绩。不过现在国内对机器人足球的研究有所重视，一些大学成立了自己的足球机器人研究队，如中国科技大学、东北大学、哈尔滨工业大学等。

    (6)赞助支持，国际产业界对机器人足球的发展进一步关注、参与。日本的SONY公司是ROBOCUP国际组织的全球赞助商。而FIRA组织的主要赞助商是韩国三星公司。

    (7)科普教育，面向中、小学生的机器人足球普及和科技活动初具规模。ROBOCUP已经开展面向中、小学生的普及型比赛。把机器人寓教于乐，如上海广茂达公司生产的“能力风暴个人机器人”，能力风暴个人机器人融合了现代工业设计、机械、电子、传感器、计算机和人工智能等诸多领域的先进技术，学生可以通过使用“能力风暴”个人机器人接触到多方面的知识和技术。

    3  足球机器人的三种工作模式

    在多足球机器人系统中，环境是动态的，对方机器人的动作通常是不可预测的，这就要求机器人不仅能控制自己，而且能够主动跟踪和控制球，这就对移动机器人技术、机械传动与驱动控制、传感器和人工智能等各方面都有很高的要求。

    足球机器人系统可划分为以下三种工作模式：

    (1)基于视觉的遥控足球机器人系统。全局视觉数据处理、策略决策以及机器人的动作控制都在主计算机上完成，每个机器人接收由主机发送来的数据控制其运动方向和速度，如图1所示。

图1 基于视觉的遥控足球机器人系统

    (2)基于视觉有智能的足球机器人系统。只有全局视觉数据处理在主机上完成，然后发出处理结果给每个机器人，机器人根据这些信息作出决策，进行动作控制，实际上主机处理视觉数据的作用相当于机器人的一个传感器，如图2所示。

图2 基于视觉有智能的足球机器人系统

    (3)基于机器人的足球机器人系统。机器人完全自主行为，自身具有感知系统，一般装有多种传感器，所有计算（包括决策）都由机器人自身完成。全部行为由机器人自身完成，如图3所示。
在第一种模式中机器人的结构比较简单，其设计与实现更容易，但随着机器人数量的增加，主机的计算能力需要提高，负担会越来越大。在第二种模式中，机器人除了根据命令做出反应在场上运动外，还能通过译码器进行位置控制以及基于传感器进行自动避障。相对集中式系统而言，该系统中主机的计算负担要小得多，控制更灵活，精确，全自主式足球机器人系统可被看作是一种分布式控制系统。每个机器人都有自己的智能，能主动根据场上的形势做出决策并控制自身的运动，因此该机器人系统可看作是一种分布式控制系统。但要想在规定的尺寸内实现具有速度控制、位置控制、避障等功能完全自主的机器人是非常困难的。

图3 基于机器人的足球机器人系统

    4  足球机器人的发展战略

    为了使足球技术真正成为发展人工智能技术的新突破口且将人工智能技术实际应用到社会各个领域，我们必须提出明确且具有挑战性的战略目标，系统地进行研究和开发。下面提出机器人足球的战略目标。
机器人足球的最终目标是：根据国际足联规则，到21世纪中叶，用11台全自主类人机器人足球队打败世界杯足球冠军。我们更希望把足球机器人技术应用到实际中去，利用足球机器人研究过程中所开发的成熟技术来发展社会各个领域。足球机器人技术的主要需求和应用领域如下：

    (1)工业应用。将机器人足球所包含的各种硬件和软件具体应用到产业，用以改造旧的传统企业技术或开发新型高技术产品。

    (2)军事应用。将机器人足球所包含的多智能体系统技术及战略、战术技术具体应用到机器人部队的协同作战或救火机器人部队的协同救护系统上。

    (3)体育应用。在将体育竞技所包含的比赛策略仿真技术应用到足球、篮球等体育竞技比赛的策略开发系统基础上使体育竞技朝现代方向迈进。

    (4)将机器人足球所包含的具有趣味性和观赏性的人工智能技术具体应用到教学中使用的各种工具与手段，促进教育革命。

    5  结束语

    机器人足球技术将孤立的、封闭的人工智能技术发展到开放的、真实世界，所以其应用领域广泛，无论在产业界与军事界，还是在教育界都可适用。因此可以说机器人足球既是一个典型的智能机器人系统，又为研究发展多智能体系统、多机器人合作等理论提供了生动的研究模型和标准的测试平台。但足球机器人系统还有许多不完善的地方，特别是视觉系统及决策系统需要进一步的改进和丰富。

    其他作者：刘祚时（1963―），男，江西永新人，副教授.研究领域为机器人工程、机电系统动力学及仿真；朱花（1980―），女，硕士研究生.研究领域为机器人工程。

    参考文献

    [1] 苗夺谦,李顺勇.基于多智能体对抗平台-微型足球机器人系统.微型计算机应用,2002,3.

    [2]Booklet on MIROSOT?7,Published by MIROSOT Organizing Committee,http://www.mirosot.

    [3]Shim H S,Jung M J,Kim H S,Choi I H,Kim J H,Develepment of Vision-base Soccer Robt System for Multi agent Cooperative System,Proc MIROSOT?7,1997,29-36.