•引言•FIRA机器人足球仿真系统概述•机器人足球策略技术研究•仿真实验及结果分析•FIRA机器人足球仿真策略优化建议目•结论与展望•参考文献录Fira是一个机器人足球比赛的仿真平台，用于模拟和测试各种足球策略技术。
随着人工智能和机器人技术的快速发展，Fira成为了研究和学习机器人足球策略的重要工具。
背景介绍VS研究目的与意义目的意义研究内容与方法研究内容本报告将介绍Fira机器人足球仿真平台的基本原理和各种策略技术，包括进攻、防守、传球、射门等。
方法本研究将采用理论分析和实验验证相结合的方法，对Fira机器人足球仿真平台中的各种策略技术进行深入研究和测试。
FIRA机器人足球仿真系统简介FIRA机器人足球仿真系统架构2. 机器人模拟1. 比赛场景模拟4. 数据收集与分析3. 比赛规则模拟该部分主要负责模拟机器人足球比赛的规则，包括比赛时间、犯规判FIRA机器人足球仿真关键技术1. 3D图形渲染使用3D图形技术渲染比赛场景和机器人模型，以提供更加真实的视觉体验。
2. 物理引擎使用物理引擎模拟机器人的运动和碰撞，以提供更加真实的比赛效果。
3. 人工智能算法使用人工智能算法模拟机器人的决策和行为，以提供更加智能的机器人行为。
4. 机器学习技术使用机器学习技术自动化调整策略和算法，以提供更加高效的比赛表现。
进攻策略研究030201防守策略研究人盯人防守区域盯人防守全场紧逼通过短传和跑动，将球带向对方球门。
短传控球通过长传将球转移到对方防线的弱点，寻找进攻机会。
长传转移利用盘带技巧，突破对方防线，制造进攻机会。
盘带突破控球策略研究实验设定与条件仿真环境Fira机器人足球仿真环境，包括球场、机器人模型、物理引擎等。
机器人模型基于开源机器人模型进行修改，具有高度逼真度和精细的运动学性能。
传感器与感知采用红外传感器和超声传感器，获取球场信息，实现目标识别和定位。
通信与决策基于Zigbee无线通信技术，实现机器人之间的信息交互和协同决策。
文章编号 2 2 2机器人足球比赛研究Ξ洪炳熔 韩学东 孟伟哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院哈尔滨摘要 机器人足球比赛是一个有趣且复杂的人工智能的新兴研究领域 它试图利用一个将各种理论!算法和 体系结构集成在一起的任务来促进机器人学和人工智能研究的发展 论述了机器人足球比赛的目标!意义!所涉及的关键技术以及一些主要的应用方面 同时指出了机器人足球比赛今后的发展方向 希望引起研究人员对机器人足球比赛的重视 以便促进机器人足球比赛在我国的发展关键词 机器人足球比赛 挑战性项目 多智能体系统 ƒ ≤∏中图分类号 ×° 文献标识码ΡΕΣΕΑΡΧΗΟΝΡΟΒΟΤΣΟΧΧΕΡΓΑΜΕ2 ÷∏ 2 ∞ •ΣχηοολοφΧομπυτερΣχιενχεανδΤεχηνολογψ ΗαρβινΙνστιτυτεοφΤεχηνολογψ Ηαρβιν ΧηιναΑβστραχτ ≥ ¬ √ √ ∏ √ ∏ ∏ × ∏ ∏ ∏ ≥ × . √ ≥ ≤Κεψωορδσ ∏ 2 ƒ ≤∏1引言 Ιντροδυχτιον年 在一篇题为/ ≥ 0的文章中提出 足球可以作为机器人学和 研究的试验平台≈ 随后其他几位研究人员也在足球领域分别做了一些工作 在这些成果的基础上 年韩国首次举办了世界杯机器人足球大赛≈ 年成立国际机器人联盟 ƒ 同年在日本名古屋举行的第 届人工智能国际会议上举办了机器人足球世界杯大赛 ≤∏ ≈ 中国第一支机器人足球队于 年 月在哈工大成立 可以说 中国的机器人足球几乎与国际上同时起跑机器人足球比赛是一个有趣且复杂的人工智能的新兴研究领域 它试图利用一个将各种理论!算法和 体系结构集成在一起的任务来促进机器人学和人工智能研究的发展 机器人世界杯选择足球作为其比赛项目 是因为想让机器人踢好足球 必须集成许多技术 完成一些技术突破 技术的范围涉及到了智能机器人研究的各个方面 包括智能 的设计原理!多 协作!策略获取!实时推理和规划!机器学习和信息融合等本文主要论述了机器人足球比赛的目标!意义!所涉及的关键技术以及一些主要的应用方面 同时指出了机器人足球比赛今后的发展方向2机器人足球比赛的目标和意义 Γοαλανδσιγνιφιχανχεοφροβοτσοχχεργαμε机器人踢足球是一项前所未有的挑战 研究人员希望将机器人足球比赛作为一项诱人但困难的挑战 并以此来推动机器人学和人工智能的发展 机器人足球比赛的一个明显特征就是它以一个一般的领域 主要是足球 来促进研究的发展 它明确提出其第 卷第 期 年 月机器人ΡΟΒΟΤ∂∏Ξ基金项目 国家 高科技发展计划资助项目小型组机器人足球关键技术 国家自然科学基金资助项目收稿日期最终的目标是打败人类世界杯比赛的冠军队伍 机器人踢足球可以说是智能机器人领域的一大进步 可称之为里程碑工程成功的里程碑工程能够实现非常令人瞩目的目标 最成功的范例就是阿波罗空间计划 美国承认阿波罗计划实现了/载人到月球且将人安全返回地球0≈ 它是人类历史上的一个里程碑 尽管载人到月球的直接经济效益不高 但为完成这个目标而实现的技术为美国的现代工业建立了强有力的技术基础 里程碑计划的一个重要问题就是要树立足够高的目标 这样要完成这项任务需要实现一系列的技术突破机器人足球比赛的最终目标是 /到 世纪中叶 一个仿人机器人组成的队伍能在ƒ ƒ 国际足球联盟 的规则下打败人类的世界杯冠军 0一个更一般的目标是/让机器人足球队象人一样踢球0≈ 显然 最终目标的实现要花上如果不是几百年 也要是几十年的努力 无论如何 利用目前的技术完成这个目标是不可能的 然而 这个目标可以很容易产生一系列更直接的子目标 这种方法在任何有挑战的计划中是很常见的 在美国空间计划中 2 ∏ 计划和 计划 载人轨道飞行任务 是阿波罗计划的两个先驱 机器人足球比赛的第一个子目标是/建立实际的和软件的机器人足球队 在调整的规则下 尽可能的踢好球0 即使是完成了这一目标 无疑也会产生对工业的很多方面有重要影响的技术机器人足球比赛还可以看作是一个/标准问题0 这样各种理论!算法和体系结构就能得以评估 计算机下棋就是标准问题的一个典型事例 可以通过这个领域来评价和开发各种算法 /深蓝0在正常规则下 打败了人类国际象棋冠军 √ 这表明计算机下棋的挑战即将完成 计算机下棋作为一个标准问题 其成功的一个主要原因是明确地定义了进步的评价 研究进展能够通过系统的实力来评价 这里是指美国的象棋等级 然而 要想完成计算机下棋的最初目标 还需要新的挑战 挑战需要为下一代的工业产生一系列的技术 机器人足球比赛可以完成上述要求 表 给出了机器人下棋和机器人足球比赛之间的区别从表 可知 这两种比赛的目标!复杂性不同 计算机象棋比赛面向的是非真实世界 而机器人足球面向的是真实世界 在机器人足球比赛中 在攻守瞬间变化的动态环境下 一方面防止敌方的进攻 另一方面组织队员协同进攻 不但需要在复杂 不确定的真实世界中及时判断战局和随机应变能力 而且也需要多数机器人之间的协调!合作行为表1计算机下棋与机器人足球的主要区别Ταβλε1Τηεμαινδιφφερενχεοφχομπυτερπλαψινγχηεσσανδροβοτσοχχερ性能项目计算机象棋比赛机器人足球比赛比赛环境静态环境动态环境智能体 个数单个多个处理速度非实时实时信息性质完全!符号不完全!不确定控制方式集中控制分散控制计算机象棋只适合于非实时!符号世界 而机器人足球是实时!真实环境世界 机器人足球技术将孤立的!非实时的符号世界的人工智能发展到开放的!实时的真实世界 所以其应用领域特别广泛 无论在产业界与军事界 还是在教育界与体育界都可适用 因此可以说 机器人足球在人工智能领域可成为另一种新的标准问题3机器人足球比赛涉及的关键技术 Κεψτεχηνιθυεσοφροβοτσοχχεργαμε目前国内外许多学者对机器人足球越来越感兴趣 并积极参加世界杯比赛 主要是因为它将各种技术集成到一个独立的!完整的 上 并且通过比赛的方式考验其综合技术水平 通过这个项目能检验面向 世纪人类和机器人共存所必需的分布式多机器人的协调与合作技术及智能机器人知识处理水平 机器人足球所包含的关键技术及主要研究内容如下视觉技术足球机器人对环境的认识主要依靠视觉系统 它相当于人的眼睛 因此视觉是机器人足球的关键技术 目前为实现视觉的实时处理 对物体的识别主要采用彩色信息 但今后为实现类人机器人的视觉必须研究形状信息和运动信息 在视觉技术中 另一个重要问题是视野问题 通常固定摄像机容易丢失机器人与球 因此最好采用全方位摄像机 但如果增加无用的视野 会降低图像分辨能力 因此要通过研究主动视觉与认知心理学技术来解决视觉中存在的识别效率与定位精度的难题 触觉技术在比赛过程中足球机器人经常和对方机器人碰撞 导致翻倒或撞伤 因此触觉系统机器人 年 月受到格外重视 它相当于人的皮肤 现在主要利用红外线或声纳技术 通过事先预测方法避免碰撞 但由于其密度不大 仍未解决碰撞问题 为实现类人机器人自主避免碰撞问题 要研究高密度触觉传感器 即人造皮肤移动机构机器人踢球是通过移动机构实现的 它相当于人的腿与脚 因此要求机器人必须跑得快 且动作要稳定!不易翻倒 为实现这个目的目前大部分采用和汽车类似的带轮子的小车 由于这种移动机构很难实现突然转身踢球等灵活运动 因此 出现了全方位移动机器人 但这些移动车 由于没腿 很难做到象人那样既能跑 又能踢球的功能 因此为最终实现类人足球机器人的目的 必须研究二足移动机器人的复杂运动控制问题协调与合作技术在人类足球比赛中 各队员之间能否进行有效的协调与合作是胜负的关键 与此相似 在机器人足球比赛中 只有各队员之间紧密协调!合作才能取胜 为实现机器人球员之间的协调!合作 不但要研究基于多智能体系统 ∏ 2 2 ≥ 的行动决策技术 还要研究根据环境的动态变化如何实时实现进攻Ù防守队形的自动生成算法问题无线通讯技在机器人足球比赛过程中 要使各队员之间协调与合作 应当通过无线通讯系统做好各队员之间的联络与沟通 通讯系统发挥人类嘴和耳朵的功能 在比赛过程中 由于机器人之间距离很近 会有无线电干扰 同时队员之间通讯必须对敌方保密 因此要开发抗干扰!高可靠!高保密性的无线电通讯网络系统学习与进化技术设计者事先全部设计出足球机器人所有行动是比较困难的事情 因此应当和人类一样要通过学习使机器人具有自主行动的能力 目前让足球机器人进行复杂任务的学习比较困难 因此 要求通过示教与简单任务的学习使机器人具有自主控制能力 为了实现类人足球机器人的目的 需要通过遗传进化等算法 使球队进一步优化 产生更好的协调与决策算法策略与仿真技术人类的足球比赛是在教练的指导下进行的 教练的水平直接关系到比赛的成败 在机器人足球比赛中 要将人类教练的专家知识移植到比赛策略仿真平台上 并通过多次仿真试验 提炼出更好的比赛策略 这就要求不但要开发逼真的仿真平台 而且还要研究策略的开发方法与评价方法人机接口技术在人类足球比赛中 教练通过声音或手势进行现场指挥 为实现类人机器人足球比赛 就要研究基于自然语言的声控人机接口技术与基于手势的人机接口技术 为便于机器人足球比赛深入到中!小学生当中 还应当开发适合于人体工程学的操作方便的遥控操作器4机器人足球比赛的主要应用 Αππλιχατιονοφροβοτσοχχεργαμε为实现足球机器人打败人类足球冠军队的梦想 不但要研究和机器人足球有关的人工智能和机器人学的基础技术 还要在这些领域中指定新的标准问题 同时 以机器人足球为核心设立几个典型的应用领域 在到达目标过程中利用已开发的成熟技术直接为社会发展做出贡献 机器人足球项目要开展的应用领域如图 所示图 机器人足球项目应用领域ƒ 1 ×典型的应用领域简要说明如下工业应用将机器人足球包含的基础技术 以单个或集成技术形式改造传统企业技术或开发新型产品军事应用将机器人足球所包含的方法与基础技术 应用机器人部队的协同作战或救护机器人部队 火灾!地震 的协同救护系统上体育应用将机器人足球中用仿真技术开发的比赛策略技术应用到人类足球!蓝球等体育竞技比赛的策略开发系统上教育应用用机器人足球培养人才是一个新尝试 为实现机器人足球最终目标 必须要培养能制造机器人的人才 而这种人才 首先要通过设计!制作!比赛等环节培养科学精神其它活动开展世界杯机器人足球赛!奥林匹第 卷第 期洪炳熔等 机器人足球比赛研究克机器人足球比赛!全国机器人足球大赛 青少年普及型机器人足球赛及学术大会等活动5 机器人足球比赛的发展方向 Φυτυρεοφροβοτσοχχεργαμε目前机器人足球比赛主要包括以下几类 小型半自主机器人足球比赛 对 和 对 !仿真比赛对 和 对 和全自主机器人足球比赛 对 另外还包括有腿机器人和专家机器人表演 为了实现机器人足球比赛的最终目标 考虑到困难性 应当采取渐进的方式来开展工作 因此 今后应当开展以下几类机器人足球比赛 如表 所示表2 今后开展的机器人足球比赛种类Ταβλε2 Τηεχατεγορψοφροβοτσοχχεργαμεινφυτυρε性能种类仿真比赛半自主型机器人全自主型机器人多足机器人足机器人普及型机器人尺寸无 ≅ ≅直径不限不限直径 以内搭载传感器有有有有有有外设传感器无有 天花板≤≤⁄无无有Ù无无台数 ∗∗∗∗∗∗移动机构轮子轮子轮子腿腿轮子仿真足球比赛 由于人力!财力!时间等因素 用实际机器人进行的足球比赛 只能在有条件的研究单位才能进行 但仿真比赛 可以避免这些因素的限制 对更多的研究者打开方便之门 仿真比赛首先在计算机上建立虚拟的足球比赛场地 将这个虚拟比赛场地与球队的控制程序通过网络与客户服务器联接 然后用参加者开发的程序控制球队的运动 这种比赛主要研究在实际机器人足球比赛中比较难开展的协同行为 实时推理及机器学习等课题半自主型机器人足球比赛 在半个乒乓球台大小 ≅ 的比赛场地上 用不超过≅ ≅ 尺寸的小型机器人以 对 或 对 机器人进行比赛 由于机器人尺寸比较小 将传感器!视觉处理器!≤° 等全部系统装载在机器人上比较困难 因此利用天花板上安装的摄像机对比赛场地中的机器人和球进行识别和集中控制 这种比赛主要研究多机器人的协调与合作技术全自主型机器人足球比赛 这是用完全自主的智能机器人进行的足球比赛 机器人的各种功能全部装载在移动机器人上 在规定大小的运动场上 以 对 或 对 或 对 甚至 对 机器人进行足球比赛 当然 足球机器人队员越多 比赛场地应当越大 在这种比赛主要研究立体视觉!实时图像处理!分布式协调控制等课题 这种机器人足球比赛为未来的类人机器人提供智能导航与分布式人工智能技术多足机器人足球比赛 这种机器人足球比赛是进入类人二足机器人阶段之前用腿行走的 四足或六足 移动机器人进行的比赛 年日本≤∏ 委员会组织的大会上用索尼的 四足机器人作为共用平台进行了比赛 引起了科技界的注意 这应当是今后一段时间内研究和开发的重点类人机器人足球比赛 用两足智能机器人进行比赛 场地可采用全自主型比赛场地 以 对 或 对 或 对 甚至 对 机器人进行足球比赛 由于这种机器人行走机构还不太完善 因此开始时允许采用远距离控制 这要求研究各种人)机接口技术 这应当是机器人足球比赛发展的高级阶段 也是实现机器人足球比赛最终目标的必经阶段面向青少年的机器人足球比赛 足球对青少年来说具有很大的魅力和兴趣 因此用机器人足球作普及教育很有前途 另外为达到机器人足球的最终目标 培养下一代科技工作者是非常重要的事情 为此在机器人足球比赛领域拟定专门设备面向青少年的机器人足球项目 考虑趣味性!观赏性和直接参与性 因此应主要采用遥控型机器人足球比赛参加小型半自主机器人足球比赛!仿真比赛和全自主机器人足球比赛的系统称为机器人不免有些牵强 因为它们的移动机构不是腿 而是车轮 这是因为轮式结构简单易行!平稳可靠!驱动功率小且易于控制 所以在机器人足球的初级阶段被普遍采用 轮式结构还为其它智能环节的研究和开发创造了经济可靠的环境 因此 具有重要的使用价值 可以预见 在今后的一段时间里轮式足球机器人仍然是参机 器 人 年 月赛的主力军目前 两足机器人已经分别在 ≤∏ 和ƒ 上亮相 但它们只能进行诸如行走!避障等表演 还不能进行足球比赛 图 为两足机器人在ƒ 上进行避障表演 两足机器人研究的最大难题在于如何保持躯体平衡以及如何将行走机构做得小巧!灵活!协调!易控 由于腿是由许多关节构成的 这无疑对机构学!运动学!动力学以及多变量非线性控制带来极大的困难 显然 这是今后机器人足球比赛的重点发展方向 也是当前机器人学科的前沿课题图 两足机器人避障表演ƒ 1 ∞¬ 2 √6 结论 Χονχλυσιον机器人足球比赛提出了具有吸引力但很难实现的挑战 给机器人学和人工智能研究提供了机遇 它还给出了一些挑战性的项目 来评价特殊的技术问题 随着技术的不断进步 这些挑战项目将会被新的挑战所代替 机器人足球比赛提供了一个促进人工智能和机器人学发展的综合的研究项目 笔者相信 如果机器人能够向人类一样踢足球 那么机器人就可以在危险!恶劣甚至人类无法到达的场合代替人类工作 这无疑将对人类社会产生巨大而深远的影响 因此 机器人足球比赛应该受到足够的重视参考文献 Ρεφερενχεσ≈ ≤ ∏ ∂ ≥ 2≈ • ≥ ≥≈ × ≤ ° ≈ 2• ≤∏ ≥ × ∏ ≥ . ≈≤ 2 ÙÙ√ √≈ ∏ ≠ ∏ ∏ ∏∞ ≤∏ × • ≤∏ √ ≈ ≤ • ∞ Ù ≈≤ ±∏∏ ∏ ≈ ƒ ≥≈ ≤ 2 ∏≈ ∏ × ≤∏ ≤ ≈∏ ∏ ≥ ≈≤≈ ∏ εταλ ≤∏ ×2 2 ≈ ≈≤作者简介洪炳熔 2 男 教授 博士生导师 研究领域为空间机器人!虚拟现实!机器人足球韩学东 2 男 博士生 研究领域 多智能体系统!智能控制!机器人足球孟 伟 2 女 博士生 研究领域 多智能体系统!系统建模上接第 页≈ √i ∏≈ ° ≤≥Ù≥ ≤∞≥ ∏≈≤ ∏ ∏ ≥≈ 金琼 杨廷力等 基于单开链单元的欠秩并联机器人机构型综合的一般方法≈ 机械科学与技术 20≈ ≥∏ ≥ ∏≈ ∏ × ∏ ⁄ 111≈ 黄真 孔令富 方跃法 并联机器人机构学理论及控制≈ 北京机械工业出版社≈ ° × √≈ ° ≥° ∞ ≥ 2∏ ≥ √ ∏ ∏ ≈≤ ° ∏ ≥≈ ∏ • ≥± ⁄ ≥ √∏ ¬∏ ≈ ∏≈ 金振林 新型六自由度正交并联机器人设计理论与应用技术研究≈⁄ 秦皇岛 燕山大学作者简介于靖军 2 男 博士后 研究领域 机器人机构学 宗光华 2 男 博士生导师 主要研究领域为机构学!机器人控制以及自动化工程毕树生 2 男 副教授 研究领域 微操作机器人第 卷第 期洪炳熔等 机器人足球比赛研究。
