【正文】 耀祖，2004，第128～133頁 郭仁生，2001，第227～241頁 曹惟床，2000，第108～130頁 ，2005，第257～273頁 李靖華，王進戈，2002，第281～302頁 許馮平，劉毅，2006，第1期，30卷，第22～25頁 朱家誠，王純賢——機械設計基礎——合肥工業(yè)大學出版社，2003，第87～90頁 濮良貴，1996，第194～207頁 趙送年，1997第183～185頁 鄭堤，2004，第40～51頁1 張春林，2006，第152～164頁1 ，2004，第51～62頁1 鐘毅芳，楊家軍，程德云，張衛(wèi)國，2004，第318～380頁1 侯力，樊慶文，2004，第37～48頁1 李佳，歐陽渺安，2003，第253～259頁1 ，2000，第859～909頁1 朱世強，2005，第1～58頁1 邱宣懷，2000，第5冊1 朱孝錄，1999附錄1基本行為的隱含設計及其在機器人足球系統(tǒng)中的應用摘要：基本行為的隱含設計是通過中型自主足球機器人系統(tǒng)的設計提出的（MARSS）。具有基本目標驅動行為的MARSS可以根據(jù)不同的環(huán)境自發(fā)地尋找合適的基本行為方式?；拘袨榈淖园l(fā)執(zhí)行隱含地規(guī)劃出兩條主要的行為鏈。在機器人與外界環(huán)境動態(tài)的交流過程中，基本行為的相互交錯自發(fā)的體現(xiàn)了用于處理一些困難情況的有效緊急行為，這些緊急行為使得控制系統(tǒng)變的簡便、健全和完美。關鍵詞：機器人足球 基本行為 隱含設計 緊急行為：機器人足球在AI研究中已變成一個標準化問題。MARSS游戲是RoboCup和FIRA兩者重要競技中的一個，在這一競技目標中，需要MARSS快速做出決定和更柔性的行為去產生更加微妙的操作相對其他任務。如領航和推方盒任務等。具有感知系統(tǒng)的MARSS所面對是一些判斷性的問題：第一，所觀察的只是局部的環(huán)境，有噪音的干擾距離和視野范圍的限制；第二：越多的不確定動作使得其對足球的操作越困難。為了解決這些問題，基本行為系統(tǒng)在智能機器人領域廣泛應用，他們反應迅速、不需要準確的模式，同時在很多方面他們更加健全和高效相對于傳統(tǒng)的設計系統(tǒng)。但是他們缺乏規(guī)劃能力，這導致他們表現(xiàn)出在完成復雜的任務時的低效率。Connell提出交叉的結構方式SSS，通過綜合運用基礎行為設計的低層和顯設計的高層，在Robocup上的許多代表對的設計都是采用這種結構。顯設計蹭可提高完成困難任務的能力。但是他常常依賴精確的（）模式和環(huán)節(jié)，需要非常小粒度的環(huán)境狀態(tài)，這使得設計工作非常復雜和進展緩慢。更主要的是，這種復雜的設計在高度的動態(tài)和不全面觀察環(huán)境中有時變的無用武之地。為避免應用更多的耗能器件，更多的精密傳感器和更復雜的研究，一些研究者認為大量增加機器人的容量可依靠簡便系統(tǒng)的高效利用。這說明在行為層的設計中直接提高機器人的規(guī)劃能力更有幫助，而不是應用顯設計層。但是不同于常規(guī)的行為分解設計，我們強調不同行為與用于完成復雜任務的隱含設計行為片段的自然過渡，我們通過MARSS的設計來探討這一過程。通過綜合TeleoReactive和緊急行為，我們設計MARSS基于隱含設計，其自然的形成行為層而不是先設計層。我們的MARSS自主地選擇合適的基本目標驅動行為在不同的情況下。一種行為的執(zhí)行將自動的指引機器人進入能夠完成目標的下一個期望的狀態(tài)。其所產生的行為程序隱含地體現(xiàn)了兩條主要的行為鏈：其為有目的的設計，在機器人與外界環(huán)境動態(tài)的交互過程中，基本行為的相互交叉自發(fā)地表現(xiàn)出用于處理緊急情況的有效的緊急行為。這些無意識設計的緊急行為不屬于主要行為鏈卻使系統(tǒng)更加簡便、健全和完美。:如果沒有一個規(guī)劃者在高層作出判斷，低層的代理又怎樣去規(guī)劃呢？目標驅動自發(fā)行為和緊急行為或許是最有力的答案。TR方案是典型的目標驅動自主系統(tǒng)，他利用一個緊湊的有限狀態(tài)的自動裝置描述和分析設計方案。任何一個TR方案的目標驅動方式能夠健全的直接驅動代理向完成最終目標的下一個所希望的狀態(tài)運動。因此TR方案能夠健全的驅動代理完成最終目標，同時連續(xù)的考慮代理在不確定環(huán)境下的行為改變概率。即使在即定狀態(tài)下，其所采取的行為也常常不能達到預期的目標，因此需要自主代理準備處理任何條件下產生的結果。如果沒有仿真代理，例如在MARSS中，環(huán)境是不斷變化和不可預測的如同行為的 連續(xù)性和不確定性，因此通過微小的粒度分解狀態(tài)和行為空間以達到完全的TR方案是不實際和不可能的。然而如何分解行為和聯(lián)系他們對擁有TR方案的自主代理是非常重要的。在與外界環(huán)境的局部或完全交流中，代理或許表現(xiàn)出一些優(yōu)越的緊急行為。這些緊急行為源于代理基本行為的設計目標，甚至利用了一些不利的因素，因此在不能獲得全面信息所產生的問題中他們起到了重要的作用。盡管緊急行為通常不能預見性的設計出來，但是通過觀察和分析，設計者可以改變他們的設計。由此甚至可以戲劇性提高代理的能力。如果沒有仿真代理的自主基本行為，他的緊急處理能力很難被分析和歸納出來。例如Werger對他的足球機器人的基本行為進行了嚴格的細微的研究，盡管他機器人表現(xiàn)出了可靠的緊急處理能力，但是他們基本行為太少，而且在具有不同運動機構的機器人之間很難協(xié)調。以上列出的兩種行為可以總結如下：第一、目標驅動行為強調通過主要的目標驅動行為和一些輔助的行為獲取目標。主要的目標驅動行為可以為某一目標快速簡便的預先設計，輔助行為用于機器人由一個主要目標驅動行為到另一的平滑過度?？梢员徽J定為副的目標驅動行為。目標驅動行為的性能確保機器人有意識的選擇合適的主或副行為方式以完成一個簡單的行為鏈，在這個鏈中，任何一個行為應該簡便的過渡到下一行為達到迅速、連續(xù)和平滑。第二、在實驗中通過分析和觀察緊急行為，設計者調整目標驅動行為，甚至使一些主要和輔助的驅動行為相互交錯，以提高緊急處理的能力，克服不可預知的困難。那時各行為間的平滑自然切換所隱含體現(xiàn)的有效行為鏈成功完成任務?；陔[含設計的合適的設計可以建立一個健全的目標驅動系統(tǒng)。通過引言我們已經大致了解了MARSS，下面幾段我們將作詳細介紹。:2．1系統(tǒng)結構我們的MARSS利用行為類別結構和其所擁有的三種行為處理不同的任務，如圖1，最重要的是這種結構在行為層具有規(guī)劃能力，防撞行為具有絕對的優(yōu)先權，另兩種行為根據(jù)球的隱蔽狀態(tài)來選擇，如果機器人不能看到球，那莫機器人將進入搜尋狀態(tài)，或者表現(xiàn)出操縱球的行為。防衛(wèi)行為可分解成這些行為。Fig. 1 　系統(tǒng)結構2．2行為設計為簡化設計，我們不考慮行為的移動速度和旋轉速度的影響。首先我們介紹關于機器人感覺器官的定義：A：“攝像搜尋在球的色彩斑點和目標色彩斑點之間的信息?！盉：“機器人和球的距離要大于一個即定距離?！盋：“球在機器人的運球裝置內?！比鏑正確，機器人可以帶球。D：“A正確并且攝像頭的方向與機器人的前進方向一致?！盇正確D意味著機器人可以快速運球并射門。E：“在機器人前進的方向且D安全的距離內有障礙物?！比绻鸈正確，機器人繞行避開障礙物。第二，機器人的二維協(xié)調系統(tǒng)坐標遵守右手定則，原點O是機器人的中心，X軸是機器人前進的方向，在坐標系中球和目標相對于X軸的方向通過BallDir和GoalDir以角度的方式顯示。2．2．1移動速度的設計基于機器人的安全考慮，更多的是移動速度對球操作可靠性、靈敏性和平穩(wěn)性的影響，在最初的設計中，我們考慮了許多的因素和狀態(tài)，但是對狀態(tài)劃分的越細，就有越多的決定性錯誤。因為劃分太細給機器人的傳感器產生太多的噪音干擾。更另人煩惱的問題是：機器人前部的聲波定位不能安裝的太高，因此他們經常把求當成障礙物，為了取代抬高聲波定位器，如Werger，我們用躲避速度作為移動速度，因此得到緊急行為的位移速度。躲避速度的安全速度定義為：V = Vsafe = k D2SonarF其中DsonarF表示障礙物的最遠距離，由前端的聲波定位器測得，k是比例系數(shù)，DsonarF的平方使得Vsafe對障礙物的距離更加敏感。2．2．2旋轉速度的設計操縱行為是設計的重心，圖2描述了主要的操縱軌跡線，包括繞行、后方接近和躲避碰撞。后方接近軌跡可分解成a21和a41兩個從遠處接近的主要行為。沿著a22和a42兩個輔助行為接近，在接近球時迅速扭轉方向。a21和a41兩個行為在保持球在機器人一邊的時候，限制了機器人的接近軌跡的長度，這將使他保持有利的方向以便迅速調整a22和a42使球在視覺傳感器和對方球門目標的連線上，接著他便執(zhí)行帶球行為a1。繞行軌跡也可分解成從遠處接近的a31和a51兩個行為。沿著 a32和a52繞近球的行為。a31和a51是主要目標驅動行為，用于限制軌跡的長度。在輔助行為a32和a52的指引下，機器人繞到后方接近球。繞行和后方接近軌跡是自主地聯(lián)系起來，通過隱含設計在2。3節(jié)介紹的形成的兩個基本操縱行為鏈。Fig. 2 　一些主要的行為下面將詳細介紹所有的基本行為：障礙物避開行為a0ω ={其中DsonarL和DsonarR表示由左前方和右前方的聲波定位器各自測的障礙物的距離。如圖2所示，在運球時機器人可以避開障礙物。操縱球的基本行為：在圖2中，操縱球的基本行為包括繞行、接近和運球。運球行為a1：a11：w=GoarDir 如果A .B 是錯誤的a12：w=BallDir 如果A 是錯誤的a11指引機器人帶球平滑的繞到目標后方，同時a12提供一個反饋信息，以便穩(wěn)健的帶球和射門。旋轉接近行為a2：a21：w=（BallDir30）/2， 如果B是正確的a22：w=（BallDir+20）/2， 如果B 是錯誤的通過行為a21，機器人接近球并保持球在其左側，然后迅速調整方向通過行為a22對準球。因此行為a2能夠指引機器人在一個合適的方向執(zhí)行人們期望的下一個運球行為。左旋繞行行為a3：a31：w=（BallDir20）/2， 如果B 是正確的a32：w=（BallDir=40）/2， 如果B 是錯誤的通過行為a31，機器人從遠處迅速的接近球，然后通過行為a32右轉遠離球，如同基本行為接近球時。行為a3的下一個期望動作是a2，因此機器人能繞到球的后側。右旋接近行為a4：a41w=（BallDir+30）/2， 如果B 是正確的a42：w=（BallDir20）/2， 如果B 是錯誤的這個行為與行為a2相對稱。右旋繞行行為a5：a51：w=（BallDir+20）/2， 如果B 是正確的a52：w=（BallDir+40）/2， 如果B 是錯誤的這一行為與行為a3相對稱。行為a2 a5的一般特點是：任何一個行為內部的調整旋轉速度需根據(jù)球的遠近來決定。搜尋行為鏈：失去目標時，機器人進入搜尋狀態(tài)，在行為間的變換過程中搜尋動作可分解成三個簡單的動作。搜尋行為不需要精確的運動控制，我們把他概括如下：旋轉搜尋方式a6：機器人快速的向球消失的方向旋轉。運動搜尋方式a7：當遇到障礙物時，機器人快速的向自己的目標位置移動，并任意的旋轉攝像頭搜尋球的位置。防衛(wèi)搜尋方式a8：機器人任意的游蕩搜尋球，同時在自己的目標區(qū)域防衛(wèi)。如果方式a6失敗，機器人切換到方式a7，如果機器人到達自己的目標區(qū)，他將執(zhí)行方式a8，如果找到球，機器人重新啟動對球的操縱行為。2．3基本操縱行為鏈我們劃分機器人的狀態(tài)空間如圖3，同時分配行為對，在圖3中，在球和對方球門的連線上平面被分割成四個相對稱的區(qū)域。Fig. 3 　區(qū)域劃分根據(jù)圖2和3，我們能夠容易得到行為的切換順序圖如圖4，在圖中，狀態(tài)行為對（I，a3）表示當機器人在相對區(qū)域I時，執(zhí)行行為a3，如此等等。在為確保自身安全和射門，障礙躲避行為a0和運球行為a1具有更高的優(yōu)先權相對于其他行為，其次考慮其他四個行為根據(jù)機器人在平面的相對位置。Fig. 4 　行為的切換通過對行為和位置的測繪，行為的內部切換推出兩個主要的操縱行為模式：右旋和左旋——繞行行為鏈，如圖5（a）和（b）分別所示。圖5（c）描述了在圖5（a）和（b）描述的目標驅動行為間的切換，同時通過行為的自然切換產生了隱含設計。Fig. 5 　主要行為鏈的隱含設計我們僅僅介紹圖5（a），在區(qū)域III中，機器人通過行為a51快速的接近球，然后繞行遠離，通過行為a52逐漸到達區(qū)域IV，在區(qū)域IV中機器人輪流通過行為a41和a42接近球在合適是方向，接著運球行為的前提準備就緒，在執(zhí)行運轉行為a1時，如果A不成立，機器人向目標方向運球。當A成立時，機器人射門進球。在實驗中，射門和得分常常很容易得到，僅通過圖5所示的兩個行為鏈就可以完成。但是在比賽中，存在許多變化的因素和困難狀態(tài)，根據(jù)在實驗中MARSS和FIRA2001Beijng的表現(xiàn)，我們發(fā)現(xiàn)一些不屬于基本行為的復雜行為。3．1移動機器人我們以開辟者2DX移動機器人為例，機器人面板上的傳感器包括攝像頭、編碼器和聲波定位器，攝像頭提供用于測量相應物體距離和角度的不同的色彩斑點，攝像頭區(qū)分球的可見性并積極跟蹤球的運行軌跡，通過編碼器計算出球的方位并校正他，在攝像頭做無源觀察時。3．2實驗中表現(xiàn)出的行為鏈間的切換圖6（a）類似于圖5（a），但是在完成行為a51，a52。a41和a42后，由于碰撞和地面的光滑球脫離了機器人，因此機器人重啟行為a41接近球的右側，然后采取行為a42迅速瞄準目標，最后他運球并射出。在圖6（b）中，首先機器人通過方式a51右旋——繞行——操縱試圖接近球，但是在途中被對方封死，機器人反應的采取方式a0避開對方，最后他輪番采用左旋——繞行——運球。這種障礙物繞行和控秋行為模式間自然切換使得機器人對球的操縱更加靈活和健全。行為間的切換如圖6（c）和（b）各自所示：