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    林桂娟：江西理工大學機器人實驗室

    1  引言

    機器人足球比賽是一個有趣并且復雜的新興的人工智能研究領域，它融合了實時視覺系統、機器人控制、無線通訊、多機器人控制等多個領域的技術。目前已經成立了兩個足球機器人比賽組織，一個是1997年成立了國際機器人足球協會聯合會FIRA（Federation of International Robot-soccer Association），另一個是1996年成立的國際人工智能學會組織的國際機器人足球協會（ROBOCUP）。足球機器人系統可描述為：多個機器人活動在一個實時、噪聲以及對抗性的復雜環境下，通過協作、配合朝向一個共同的目標（或完成復雜任務），它由機器人小車、視覺子系統、無線通信子系統和決策子系統四部分組成。隨著信息技術的飛速發展，多機器人的應用需求不斷增加，多主體動態不可預測環境中的問題求解已經成為信息―自動化領域基礎研究和應用研究的重大挑戰性課題，而機器人足球則為此提供了一個典型的應用和測試平臺。

    2  機器人足球的發展狀況

    從目前機器人足球的國際發展來看，主要有以下幾個方面的特點：

    (1)發展迅速，比賽規模逐年擴大。經過4年的發展，現有成員國近40個，參賽隊已經從最初的37支代表隊發展到今天的154支球隊。FIRA已經從最初的37支代表隊發展到30多個國家組織的上百支球隊。可見機器人足球發展之迅速。

    (2)競爭激烈，比賽水平提高很快。由于參賽隊伍多，且除一些一流強隊外，大部分實力接近，競爭趨于激烈。這表明機器人足球已受各國的高度重視。每屆杯賽各隊的戰術水平都有明顯的提高，都會出現新穎的軟、硬件設計和巧妙的戰術配合。

    (3)國際研討，著名期刊、會議倍加重視。一些有影響的國際學術會議如WAC?8,AROBIII?8,AROB?9等安排了這方面的專題討論。一年一度的世界杯賽也同時召開學術會議，推動相關學科的進展。

    (4)歐美優勢，韓國、日本的機器人足球水平仍處于領先地位。在ROBOCUP已經舉辦的4屆比賽中，歐美的優勢不斷擴大，尤其是德國，參賽規模和競賽成績都處于一流的水平，美國的競賽成績仍居于各國之首，韓國FIRA系列在比賽內擁有絕地優勢。

    (5)改變我國足球機器人發展整體落后狀況。我國的機器人足球的整體水平不高。只有中國科技大學在2000年ROBOCUP杯賽中取得仿真組的第九名的成績。不過現在國內對機器人足球的研究有所重視，一些大學成立了自己的足球機器人研究隊，如中國科技大學、東北大學、哈爾濱工業大學等。

    (6)贊助支持，國際產業界對機器人足球的發展進一步關注、參與。日本的SONY公司是ROBOCUP國際組織的全球贊助商。而FIRA組織的主要贊助商是韓國三星公司。

    (7)科普教育，面向中、小學生的機器人足球普及和科技活動初具規模。ROBOCUP已經開展面向中、小學生的普及型比賽。把機器人寓教于樂，如上海廣茂達公司生產的“能力風暴個人機器人”，能力風暴個人機器人融合了現代工業設計、機械、電子、傳感器、計算機和人工智能等諸多領域的先進技術，學生可以通過使用“能力風暴”個人機器人接觸到多方面的知識和技術。

    3  足球機器人的三種工作模式

    在多足球機器人系統中，環境是動態的，對方機器人的動作通常是不可預測的，這就要求機器人不僅能控制自己，而且能夠主動跟蹤和控制球，這就對移動機器人技術、機械傳動與驅動控制、傳感器和人工智能等各方面都有很高的要求。

    足球機器人系統可劃分為以下三種工作模式：

    (1)基于視覺的遙控足球機器人系統。全局視覺數據處理、策略決策以及機器人的動作控制都在主計算機上完成，每個機器人接收由主機發送來的數據控制其運動方向和速度，如圖1所示。

圖1 基于視覺的遙控足球機器人系統

    (2)基于視覺有智能的足球機器人系統。只有全局視覺數據處理在主機上完成，然后發出處理結果給每個機器人，機器人根據這些信息作出決策，進行動作控制，實際上主機處理視覺數據的作用相當于機器人的一個傳感器，如圖2所示。

圖2 基于視覺有智能的足球機器人系統

    (3)基于機器人的足球機器人系統。機器人完全自主行為，自身具有感知系統，一般裝有多種傳感器，所有計算（包括決策）都由機器人自身完成。全部行為由機器人自身完成，如圖3所示。
在第一種模式中機器人的結構比較簡單，其設計與實現更容易，但隨著機器人數量的增加，主機的計算能力需要提高，負擔會越來越大。在第二種模式中，機器人除了根據命令做出反應在場上運動外，還能通過譯碼器進行位置控制以及基于傳感器進行自動避障。相對集中式系統而言，該系統中主機的計算負擔要小得多，控制更靈活，精確，全自主式足球機器人系統可被看作是一種分布式控制系統。每個機器人都有自己的智能，能主動根據場上的形勢做出決策并控制自身的運動，因此該機器人系統可看作是一種分布式控制系統。但要想在規定的尺寸內實現具有速度控制、位置控制、避障等功能完全自主的機器人是非常困難的。

圖3 基于機器人的足球機器人系統

    4  足球機器人的發展戰略

    為了使足球技術真正成為發展人工智能技術的新突破口且將人工智能技術實際應用到社會各個領域，我們必須提出明確且具有挑戰性的戰略目標，系統地進行研究和開發。下面提出機器人足球的戰略目標。
機器人足球的最終目標是：根據國際足聯規則，到21世紀中葉，用11臺全自主類人機器人足球隊打敗世界杯足球冠軍。我們更希望把足球機器人技術應用到實際中去，利用足球機器人研究過程中所開發的成熟技術來發展社會各個領域。足球機器人技術的主要需求和應用領域如下：

    (1)工業應用。將機器人足球所包含的各種硬件和軟件具體應用到產業，用以改造舊的傳統企業技術或開發新型高技術產品。

    (2)軍事應用。將機器人足球所包含的多智能體系統技術及戰略、戰術技術具體應用到機器人部隊的協同作戰或救火機器人部隊的協同救護系統上。

    (3)體育應用。在將體育競技所包含的比賽策略仿真技術應用到足球、籃球等體育競技比賽的策略開發系統基礎上使體育競技朝現代方向邁進。

    (4)將機器人足球所包含的具有趣味性和觀賞性的人工智能技術具體應用到教學中使用的各種工具與手段，促進教育革命。

    5  結束語

    機器人足球技術將孤立的、封閉的人工智能技術發展到開放的、真實世界，所以其應用領域廣泛，無論在產業界與軍事界，還是在教育界都可適用。因此可以說機器人足球既是一個典型的智能機器人系統，又為研究發展多智能體系統、多機器人合作等理論提供了生動的研究模型和標準的測試平臺。但足球機器人系統還有許多不完善的地方，特別是視覺系統及決策系統需要進一步的改進和豐富。

    其他作者：劉祚時（1963―），男，江西永新人，副教授.研究領域為機器人工程、機電系統動力學及仿真；朱花（1980―），女，碩士研究生.研究領域為機器人工程。

    參考文獻

    [1] 苗奪謙,李順勇.基于多智能體對抗平臺-微型足球機器人系統.微型計算機應用,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.