【正文】 ，除了機(jī)器人的體能被大量消耗外，多機(jī)器人之間合作和協(xié)調(diào)也會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題。 自上而下的分層遞階決策推理模型談到足球機(jī)器人決策系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，有人認(rèn)為這比綠茵場(chǎng)止的足球簡(jiǎn)單得多。因?yàn)榍驁?chǎng)小，攻守態(tài)勢(shì)一目了然，球員少，動(dòng)作簡(jiǎn)單，隊(duì)形變化與戰(zhàn)術(shù)構(gòu)成也都相對(duì)簡(jiǎn)單，大不了就是一場(chǎng)三人足球賽。其實(shí)這是對(duì)機(jī)器人足球賽的誤解。由于比賽過(guò)程中人不直接參與，而機(jī)器人的眼、腦、腿又是相對(duì)分離的，這時(shí)的比賽過(guò)程就猶如三個(gè)盲人在場(chǎng)上踢球。他們每個(gè)人腿腳靈活，但不知球在哪里，他們完全靠教練員每時(shí)每刻的指令來(lái)決定自己行動(dòng)方向、速度和位移量。教練員也是一個(gè)盲人，他要靠一個(gè)明眼人來(lái)“觀敵掠陣”，每時(shí)每刻告訴他敵我雙方運(yùn)動(dòng)員及球的位置，然后做出判斷與決策，指揮盲人運(yùn)動(dòng)員行動(dòng)。由此可見(jiàn)，這一過(guò)程相當(dāng)繁瑣。如果說(shuō)決策子系統(tǒng)充當(dāng)?shù)氖墙叹殕T的職責(zé)，那么對(duì)于機(jī)器人足球而言，教練員是個(gè)盲人，他不是用眼睛看到比賽場(chǎng)景，反映到大腦進(jìn)行形象思維，而是根據(jù)隊(duì)員在比賽場(chǎng)上的位姿和球位置的精確數(shù)據(jù)對(duì)比賽場(chǎng)上的形勢(shì)進(jìn)行分析，所以更多的是依靠邏輯思維來(lái)完成推理過(guò)程。這樣決策子系統(tǒng)在制定決策時(shí)就應(yīng)該參照盲人教練的思維過(guò)程展開(kāi)，認(rèn)真抽象推理鏈上的每一個(gè)環(huán)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)專家知識(shí)與決策過(guò)程的形式化。推理模型在足球機(jī)器人決策系統(tǒng)設(shè)計(jì)中占有很重要的地位，為足球機(jī)器人決策系統(tǒng)設(shè)計(jì)的提供整體思路上的指導(dǎo)。它研究的內(nèi)容是決策系統(tǒng)的推理的一般過(guò)程和步驟，東北大學(xué)徐心和教授提出的六步推理模型是決策子系統(tǒng)自上而下分層遞階推理模型的代表，它的推理步驟為： 輸入信息預(yù)處理(計(jì)算有關(guān)實(shí)體速度、相對(duì)距離等)。216。 態(tài)勢(shì)分析與策略選擇。216。 隊(duì)形確定與角色分配；216。 目標(biāo)位置確定；216。 運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃；216。 左右輪速確定。一般說(shuō)來(lái)，第一、第四與第五和第六步屈于演繹推理，可由數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算；而第二步和第三步屬于產(chǎn)生式推理，智能由模糊推理、專家系統(tǒng)等方法完成。下面重點(diǎn)闡述各推理的內(nèi)容和算法：第一步：輸入信息預(yù)處理其內(nèi)容包括：與時(shí)刻前的輸入矩陣進(jìn)行比較，以計(jì)算出各實(shí)體（雙方機(jī)器人和足球）的線速度和角速度；計(jì)算各實(shí)體的相對(duì)距離。第二步：態(tài)勢(shì)分析和策略選擇根據(jù)第一步所得到的信息，判斷出球是在我方半場(chǎng)還是在對(duì)方半場(chǎng)，是我方控球還是對(duì)方控球。如果在我方半場(chǎng)，對(duì)方控球，則采取防守策略；如果在對(duì)方半場(chǎng)，我方控球，則采取進(jìn)攻策略等等。第三步：隊(duì)形確定和角色分配為使足球機(jī)器人在比賽中互相配合，協(xié)同作戰(zhàn)，更好的完成任務(wù)而不至于沖突，需要給每個(gè)機(jī)器人分配角色。如：球在對(duì)方半場(chǎng)，我方機(jī)器人控球，則離球近的機(jī)器人為主攻，另一個(gè)機(jī)器人為協(xié)攻；球在我方半場(chǎng)，對(duì)方機(jī)器人控球，則我方離球近的機(jī)器人為主防，另一個(gè)機(jī)器人為協(xié)防；等等。這些任務(wù)都由角色分配來(lái)完成。視覺(jué)信息角色分配輸入信息預(yù)處理決策庫(kù)動(dòng)作選擇 足球機(jī)器人角色分配示意圖 第四步：目標(biāo)位置確定及動(dòng)作選擇 這一步是賽場(chǎng)戰(zhàn)術(shù)的前提。當(dāng)策略確定后，就可確定每一個(gè)機(jī)器人的目標(biāo)位置。被分配任務(wù)和指定目標(biāo)位置的機(jī)器人要求能夠快速地到其活動(dòng)區(qū)域。每個(gè)機(jī)器人都被訓(xùn)練具有一定的能力，比如守門員的主要職責(zé)就是力保城門不失，所以守門員的一個(gè)主要技術(shù)特點(diǎn)就是門前移動(dòng)必須靈活和準(zhǔn)確。守門員應(yīng)能根據(jù)球的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)預(yù)測(cè)出球的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，并能迅速移動(dòng)到指定點(diǎn)將球撲出，確保大門安全。 機(jī)器人的動(dòng)作由低到高分為三層結(jié)構(gòu)：基本動(dòng)作——技術(shù)動(dòng)作——戰(zhàn)術(shù)動(dòng)作?；緞?dòng)作包括到定點(diǎn)(直線運(yùn)動(dòng)和弧線運(yùn)動(dòng))、轉(zhuǎn)角(原地轉(zhuǎn)動(dòng)和邊轉(zhuǎn)邊走)、按照指定方向運(yùn)動(dòng)等。技術(shù)動(dòng)作包括守門、射門、攔截、搶點(diǎn)、傳球和障礙回避等。這些動(dòng)作為機(jī)器人的個(gè)人動(dòng)作，可以由基本動(dòng)作支持完成。戰(zhàn)術(shù)動(dòng)作是更高一層的動(dòng)作，指隊(duì)員之間的協(xié)調(diào)和協(xié)作。每個(gè)戰(zhàn)術(shù)動(dòng)作的完成，需要調(diào)用多個(gè)技術(shù)動(dòng)作，如一傳一射、二過(guò)一等。第五步：機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃設(shè)計(jì)機(jī)器人的軌跡，從面上看就是機(jī)器人在哪些條件下要直接運(yùn)動(dòng)到定點(diǎn)，什么時(shí)候走曲線，曲線的弧度如何，哪些情況下要避障等等。機(jī)器人的路徑規(guī)劃方法很多，如人工勢(shì)場(chǎng)法、中垂線法、遺傳算法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。第六步：機(jī)器人左右輪速的確定在確定了機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡后，可以計(jì)算出機(jī)器人左右兩輪的速度。在輪速計(jì)算上，應(yīng)該充分考慮機(jī)器人的機(jī)械特性和平臺(tái)特性，同時(shí)輪速的計(jì)算也涉及足球機(jī)器人的底層運(yùn)動(dòng)控制方法的選擇。根據(jù)六步推理模型，可以得到如下推理過(guò)程：（1）態(tài)勢(shì)分析；（2）隊(duì)形確定；（3）角色分配；（4）動(dòng)作選擇；（5）動(dòng)作實(shí)現(xiàn)。足球機(jī)器人決策系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)就是根據(jù)此推理過(guò)程設(shè)計(jì)的。體系結(jié)構(gòu)是決策系統(tǒng)的主心骨，它的設(shè)計(jì)好壞直接關(guān)系到整體性能的發(fā)揮和智能水平的高低。目前，構(gòu)造足球機(jī)器人系統(tǒng)的體系框架主要有以下三種方法：。本文所研究的足球機(jī)器人的決策系統(tǒng)就是典型的分層遞階式模型，分層遞階式結(jié)構(gòu)是把各種模塊安排成若干個(gè)層次，在不同層次上的模塊具有不同的動(dòng)作性能和操作方式。一般來(lái)說(shuō)，位于高層的模塊負(fù)責(zé)復(fù)雜的判斷和推理操作，其智能化程度較高，而較低層次的模塊用于與外界交互，其智能化程度較低。分層遞階式結(jié)構(gòu)最有代表性的是Saridia提出的三級(jí)模型，他把整個(gè)結(jié)構(gòu)按功能從高到低分成三個(gè)層次：執(zhí)行級(jí)、協(xié)調(diào)級(jí)和組織管理級(jí)。，在此結(jié)構(gòu)中，底層的執(zhí)行級(jí)用于與控制對(duì)象和環(huán)境交互；最高層用于組織管理，中間層連接上下兩層，進(jìn)行操作行為和協(xié)調(diào)。視覺(jué)子系統(tǒng)管 理 層硬件驅(qū)動(dòng)任務(wù)分配全局管理協(xié) 調(diào) 層執(zhí) 行 層足球機(jī)器人輪速設(shè)定 分層遞階式結(jié)構(gòu)的三級(jí)模型可以看到在這種決策模型下，機(jī)器人的智能部分由統(tǒng)一的全局控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)，使各個(gè)機(jī)器人僅作為全局控制器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，決策的流程是從上至下的，數(shù)據(jù)流是單向的，下層充分執(zhí)行上層意圖，執(zhí)行過(guò)程流暢。為此，根據(jù)上面的推理模型。高層 決策推理隊(duì)形集角色集動(dòng)作集底層 運(yùn)動(dòng)控制左右輪速動(dòng)作執(zhí)行角色分配隊(duì)形選擇態(tài)勢(shì)分析視覺(jué)信息小 車動(dòng)作選擇 足球機(jī)器人決策子系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)第六章 總結(jié)與展望現(xiàn)在對(duì)以前所完成的設(shè)計(jì)和研究工作做個(gè)總結(jié)，并對(duì)將來(lái)的研究和技術(shù)的改進(jìn)提出展望。 對(duì)今后工作的展望由于本人的時(shí)間、精力和學(xué)識(shí)有限，論文也只能從應(yīng)用的角度，來(lái)探討足球機(jī)器人的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。許多新的控制算法都沒(méi)有在機(jī)器人平臺(tái)上進(jìn)行更多的應(yīng)用，同時(shí)許多控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的各種電路選擇都可以基于更多新的更強(qiáng)功能的芯片上進(jìn)行，這都有待于后來(lái)人的繼續(xù)改進(jìn)。事實(shí)上，關(guān)于足球機(jī)器人的研究在國(guó)內(nèi)外還是方興未艾，有著廣闊的研究前景。足球機(jī)器人的研制涉及計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、傳感、無(wú)線通訊、精密機(jī)械和仿生材料等等眾多學(xué)科的前沿研究與綜合集成。仿真機(jī)器人足球賽在標(biāo)準(zhǔn)軟件平臺(tái)上進(jìn)行，平臺(tái)設(shè)計(jì)充分體現(xiàn)了控制、通訊、傳感等方面的實(shí)際限制。仿真機(jī)器人足球隊(duì)的研究重點(diǎn)是球隊(duì)的高級(jí)功能，包括動(dòng)態(tài)多主體系統(tǒng)中的合作、決策、實(shí)時(shí)規(guī)劃和機(jī)器學(xué)習(xí)等當(dāng)前人工智能的熱點(diǎn)問(wèn)題。因此，在國(guó)際人工智能領(lǐng)域，機(jī)器人足球被越來(lái)越多的人認(rèn)為是未來(lái)50年研究的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題，正如國(guó)際象棋人機(jī)對(duì)抗賽被認(rèn)為是過(guò)去50年研究的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題一樣。機(jī)器人足球的競(jìng)賽目標(biāo)是：到2050年，在“可比”的條件下，戰(zhàn)勝人類的世界冠軍隊(duì)。機(jī)器人足球賽有利于將人工智能研究與實(shí)踐結(jié)合起來(lái)，檢驗(yàn)新思想、新技術(shù)，促進(jìn)相關(guān)科技發(fā)展。機(jī)器人足球賽所催生成熟的一系列高新技術(shù)，將為社會(huì)經(jīng)濟(jì)和文化的發(fā)展提供總要手段。機(jī)器人足球既是一種前沿研究的競(jìng)爭(zhēng)和高技術(shù)對(duì)抗活動(dòng)，又具有與足球類似的娛樂(lè)性、觀賞性和刺激性?？梢灶A(yù)料，這一活動(dòng)將產(chǎn)生極大的市場(chǎng)需求和新的產(chǎn)業(yè)機(jī)會(huì)，帶來(lái)不可估量的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。參考文獻(xiàn)[1]. 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Brian Merritt .PWM DC Motor Control Using Timer A of the MSP430 [M] Texas Instruments Incorporated 2003.附錄一 英文科技文獻(xiàn)翻譯英文原文： ROBOT CONTROL SYSTEMRobot is a type of mechantronics equipment which synthesizes the last research achievement of engine and precision engine, microelectronics and puter, automation control and drive, sensor and message dispose and artificial intelligence and so on. With the development of economic and the demand for automation control, robot technology is developed quickly and all types of the robots products are e into being. The practicality use of robot products not only solves the problems which are difficult to operate for human being, but also advances the industrial automation program. At present, the research and development of robot involves several kinds of technology and the robot system configuration is so plex that the cost at large is high which to a certain extent limit the robot abroad use. To development economic practicality and high reliability robot system will be value to robot social application and economy development.With the rapid progress with the co