【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(jìn)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(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——合肥工業(yè)大學(xué)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(qiáng)，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(shè)計(jì)及其在機(jī)器人足球系統(tǒng)中的應(yīng)用摘要：基本行為的隱含設(shè)計(jì)是通過中型自主足球機(jī)器人系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出的（MARSS）。具有基本目標(biāo)驅(qū)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(jī)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(guān)鍵詞：機(jī)器人足球 基本行為 隱含設(shè)計(jì) 緊急行為：機(jī)器人足球在AI研究中已變成一個標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)中，需要MARSS快速做出決定和更柔性的行為去產(chǎn)生更加微妙的操作相對其他任務(wù)。如領(lǐng)航和推方盒任務(wù)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(jī)器人領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，他們反應(yīng)迅速、不需要準(zhǔn)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(shè)計(jì)系統(tǒng)。但是他們?nèi)狈σ?guī)劃能力，這導(dǎo)致他們表現(xiàn)出在完成復(fù)雜的任務(wù)時的低效率。Connell提出交叉的結(jié)構(gòu)方式SSS，通過綜合運(yùn)用基礎(chǔ)行為設(shè)計(jì)的低層和顯設(shè)計(jì)的高層，在Robocup上的許多代表對的設(shè)計(jì)都是采用這種結(jié)構(gòu)。顯設(shè)計(jì)蹭可提高完成困難任務(wù)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(shè)計(jì)工作非常復(fù)雜和進(jìn)展緩慢。更主要的是，這種復(fù)雜的設(shè)計(jì)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(yīng)用更多的耗能器件，更多的精密傳感器和更復(fù)雜的研究，一些研究者認(rèn)為大量增加機(jī)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(shè)計(jì)中直接提高機(jī)器人的規(guī)劃能力更有幫助，而不是應(yīng)用顯設(shè)計(jì)層。但是不同于常規(guī)的行為分解設(shè)計(jì)，我們強(qiáng)調(diào)不同行為與用于完成復(fù)雜任務(wù)的隱含設(shè)計(jì)行為片段的自然過渡，我們通過MARSS的設(shè)計(jì)來探討這一過程。通過綜合TeleoReactive和緊急行為，我們設(shè)計(jì)MARSS基于隱含設(shè)計(jì)，其自然的形成行為層而不是先設(shè)計(jì)層。我們的MARSS自主地選擇合適的基本目標(biāo)驅(qū)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(jī)器人進(jìn)入能夠完成目標(biāo)的下一個期望的狀態(tài)。其所產(chǎn)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(shè)計(jì)，在機(jī)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(shè)計(jì)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(biāo)驅(qū)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(biāo)驅(qū)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(shè)計(jì)方案。任何一個TR方案的目標(biāo)驅(qū)動方式能夠健全的直接驅(qū)動代理向完成最終目標(biāo)的下一個所希望的狀態(tài)運(yùn)動。因此TR方案能夠健全的驅(qū)動代理完成最終目標(biāo)，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(dá)到預(yù)期的目標(biāo)，因此需要自主代理準(zhǔn)備處理任何條件下產(chǎn)生的結(jié)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(yù)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(dá)到完全的TR方案是不實(shí)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(shè)計(jì)目標(biāo)，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(chǎn)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(yù)見性的設(shè)計(jì)出來，但是通過觀察和分析，設(shè)計(jì)者可以改變他們的設(shè)計(jì)。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(jī)器人的基本行為進(jìn)行了嚴(yán)格的細(xì)微的研究，盡管他機(jī)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(yùn)動機(jī)構(gòu)的機(jī)器人之間很難協(xié)調(diào)。以上列出的兩種行為可以總結(jié)如下：第一、目標(biāo)驅(qū)動行為強(qiáng)調(diào)通過主要的目標(biāo)驅(qū)動行為和一些輔助的行為獲取目標(biāo)。主要的目標(biāo)驅(qū)動行為可以為某一目標(biāo)快速簡便的預(yù)先設(shè)計(jì)，輔助行為用于機(jī)器人由一個主要目標(biāo)驅(qū)動行為到另一的平滑過度?？梢员徽J(rèn)定為副的目標(biāo)驅(qū)動行為。目標(biāo)驅(qū)動行為的性能確保機(jī)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(yīng)該簡便的過渡到下一行為達(dá)到迅速、連續(xù)和平滑。第二、在實(shí)驗(yàn)中通過分析和觀察緊急行為，設(shè)計(jì)者調(diào)整目標(biāo)驅(qū)動行為，甚至使一些主要和輔助的驅(qū)動行為相互交錯，以提高緊急處理的能力，克服不可預(yù)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(wù)。基于隱含設(shè)計(jì)的合適的設(shè)計(jì)可以建立一個健全的目標(biāo)驅(qū)動系統(tǒng)。通過引言我們已經(jīng)大致了解了MARSS，下面幾段我們將作詳細(xì)介紹。:2．1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)我們的MARSS利用行為類別結(jié)構(gòu)和其所擁有的三種行為處理不同的任務(wù)，如圖1，最重要的是這種結(jié)構(gòu)在行為層具有規(guī)劃能力，防撞行為具有絕對的優(yōu)先權(quán)，另兩種行為根據(jù)球的隱蔽狀態(tài)來選擇，如果機(jī)器人不能看到球，那莫機(jī)器人將進(jìn)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(jié)構(gòu)2．2行為設(shè)計(jì)為簡化設(shè)計(jì)，我們不考慮行為的移動速度和旋轉(zhuǎn)速度的影響。首先我們介紹關(guān)于機(jī)器人感覺器官的定義：A：“攝像搜尋在球的色彩斑點(diǎn)和目標(biāo)色彩斑點(diǎn)之間的信息。”B：“機(jī)器人和球的距離要大于一個即定距離?！盋：“球在機(jī)器人的運(yùn)球裝置內(nèi)?！比鏑正確，機(jī)器人可以帶球。D：“A正確并且攝像頭的方向與機(jī)器人的前進(jìn)方向一致。”A正確D意味著機(jī)器人可以快速運(yùn)球并射門。E：“在機(jī)器人前進(jìn)的方向且D安全的距離內(nèi)有障礙物?！比绻鸈正確，機(jī)器人繞行避開障礙物。第二，機(jī)器人的二維協(xié)調(diào)系統(tǒng)坐標(biāo)遵守右手定則，原點(diǎn)O是機(jī)器人的中心，X軸是機(jī)器人前進(jìn)的方向，在坐標(biāo)系中球和目標(biāo)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(shè)計(jì)基于機(jī)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(shè)計(jì)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(xì)，就有越多的決定性錯誤。因?yàn)閯澐痔?xì)給機(jī)器人的傳感器產(chǎn)生太多的噪音干擾。更另人煩惱的問題是：機(jī)器人前部的聲波定位不能安裝的太高，因此他們經(jīng)常把求當(dāng)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(yuǎn)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(zhuǎn)速度的設(shè)計(jì)操縱行為是設(shè)計(jì)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(yuǎn)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(zhuǎn)方向。a21和a41兩個行為在保持球在機(jī)器人一邊的時候，限制了機(jī)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(diào)整a22和a42使球在視覺傳感器和對方球門目標(biāo)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(yuǎn)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(biāo)驅(qū)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(jī)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(shè)計(jì)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(xì)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(yùn)球時機(jī)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(yùn)球。運(yùn)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(jī)器人帶球平滑的繞到目標(biāo)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(zhuǎn)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(jī)器人接近球并保持球在其左側(cè)，然后迅速調(diào)整方向通過行為a22對準(zhǔn)球。因此行為a2能夠指引機(jī)器人在一個合適的方向執(zhí)行人們期望的下一個運(yùn)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(jī)器人從遠(yuǎn)處迅速的接近球，然后通過行為a32右轉(zhuǎn)遠(yuǎn)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(jī)器人能繞到球的后側(cè)。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(diǎn)是：任何一個行為內(nèi)部的調(diào)整旋轉(zhuǎn)速度需根據(jù)球的遠(yuǎn)近來決定。搜尋行為鏈：失去目標(biāo)時，機(jī)器人進(jìn)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(yùn)動控制，我們把他概括如下：旋轉(zhuǎn)搜尋方式a6：機(jī)器人快速的向球消失的方向旋轉(zhuǎn)。運(yùn)動搜尋方式a7：當(dāng)遇到障礙物時，機(jī)器人快速的向自己的目標(biāo)位置移動，并任意的旋轉(zhuǎn)攝像頭搜尋球的位置。防衛(wèi)搜尋方式a8：機(jī)器人任意的游蕩搜尋球，同時在自己的目標(biāo)區(qū)域防衛(wèi)。如果方式a6失敗，機(jī)器人切換到方式a7，如果機(jī)器人到達(dá)自己的目標(biāo)區(qū)，他將執(zhí)行方式a8，如果找到球，機(jī)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(jī)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(dāng)機(jī)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(yùn)球行為a1具有更高的優(yōu)先權(quán)相對于其他行為，其次考慮其他四個行為根據(jù)機(jī)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(nèi)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(biāo)驅(qū)動行為間的切換，同時通過行為的自然切換產(chǎn)生了隱含設(shè)計(jì)。Fig. 5 　主要行為鏈的隱含設(shè)計(jì)我們僅僅介紹圖5（a），在區(qū)域III中，機(jī)器人通過行為a51快速的接近球，然后繞行遠(yuǎn)離，通過行為a52逐漸到達(dá)區(qū)域IV，在區(qū)域IV中機(jī)器人輪流通過行為a41和a42接近球在合適是方向，接著運(yùn)球行為的前提準(zhǔn)備就緒，在執(zhí)行運(yùn)轉(zhuǎn)行為a1時，如果A不成立，機(jī)器人向目標(biāo)方向運(yùn)球。當(dāng)A成立時，機(jī)器人射門進(jìn)球。在實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(fù)雜行為。3．1移動機(jī)器人我們以開辟者2DX移動機(jī)器人為例，機(jī)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(yīng)物體距離和角度的不同的色彩斑點(diǎn)，攝像頭區(qū)分球的可見性并積極跟蹤球的運(yùn)行軌跡，通過編碼器計(jì)算出球的方位并校正他，在攝像頭做無源觀察時。3．2實(shí)驗(yàn)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(jī)器人，因此機(jī)器人重啟行為a41接近球的右側(cè)，然后采取行為a42迅速瞄準(zhǔn)目標(biāo)，最后他運(yùn)球并射出。在圖6（b）中，首先機(jī)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(jī)器人反應(yīng)的采取方式a0避開對方，最后他輪番采用左旋——繞行——運(yùn)球。這種障礙物繞行和控秋行為模式間自然切換使得機(jī)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：