【正文】 ，除了機器人的體能被大量消耗外，多機器人之間合作和協(xié)調(diào)也會出現(xiàn)一些問題。 自上而下的分層遞階決策推理模型談到足球機器人決策系統(tǒng)的設計，有人認為這比綠茵場止的足球簡單得多。因為球場小，攻守態(tài)勢一目了然，球員少，動作簡單，隊形變化與戰(zhàn)術構成也都相對簡單，大不了就是一場三人足球賽。其實這是對機器人足球賽的誤解。由于比賽過程中人不直接參與，而機器人的眼、腦、腿又是相對分離的，這時的比賽過程就猶如三個盲人在場上踢球。他們每個人腿腳靈活，但不知球在哪里，他們完全靠教練員每時每刻的指令來決定自己行動方向、速度和位移量。教練員也是一個盲人，他要靠一個明眼人來“觀敵掠陣”，每時每刻告訴他敵我雙方運動員及球的位置，然后做出判斷與決策，指揮盲人運動員行動。由此可見，這一過程相當繁瑣。如果說決策子系統(tǒng)充當?shù)氖墙叹殕T的職責，那么對于機器人足球而言，教練員是個盲人，他不是用眼睛看到比賽場景，反映到大腦進行形象思維，而是根據(jù)隊員在比賽場上的位姿和球位置的精確數(shù)據(jù)對比賽場上的形勢進行分析，所以更多的是依靠邏輯思維來完成推理過程。這樣決策子系統(tǒng)在制定決策時就應該參照盲人教練的思維過程展開，認真抽象推理鏈上的每一個環(huán)節(jié)，從而實現(xiàn)專家知識與決策過程的形式化。推理模型在足球機器人決策系統(tǒng)設計中占有很重要的地位，為足球機器人決策系統(tǒng)設計的提供整體思路上的指導。它研究的內(nèi)容是決策系統(tǒng)的推理的一般過程和步驟，東北大學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： 輸入信息預處理(計算有關實體速度、相對距離等)。216。 態(tài)勢分析與策略選擇。216。 隊形確定與角色分配；216。 目標位置確定；216。 運動軌跡規(guī)劃；216。 左右輪速確定。一般說來，第一、第四與第五和第六步屈于演繹推理，可由數(shù)學模型進行計算；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。下面重點闡述各推理的內(nèi)容和算法：第一步：輸入信息預處理其內(nèi)容包括：與時刻前的輸入矩陣進行比較，以計算出各實體（雙方機器人和足球）的線速度和角速度；計算各實體的相對距離。第二步：態(tài)勢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還是在對方半場，是我方控球還是對方控球。如果在我方半場，對方控球，則采取防守策略；如果在對方半場，我方控球，則采取進攻策略等等。第三步：隊形確定和角色分配為使足球機器人在比賽中互相配合，協(xié)同作戰(zhàn)，更好的完成任務而不至于沖突，需要給每個機器人分配角色。如：球在對方半場，我方機器人控球，則離球近的機器人為主攻，另一個機器人為協(xié)攻；球在我方半場，對方機器人控球，則我方離球近的機器人為主防，另一個機器人為協(xié)防；等等。這些任務都由角色分配來完成。視覺信息角色分配輸入信息預處理決策庫動作選擇 足球機器人角色分配示意圖 第四步：目標位置確定及動作選擇 這一步是賽場戰(zhàn)術的前提。當策略確定后，就可確定每一個機器人的目標位置。被分配任務和指定目標位置的機器人要求能夠快速地到其活動區(qū)域。每個機器人都被訓練具有一定的能力，比如守門員的主要職責就是力保城門不失，所以守門員的一個主要技術特點就是門前移動必須靈活和準確。守門員應能根據(jù)球的運動狀態(tài)預測出球的運動趨勢，并能迅速移動到指定點將球撲出，確保大門安全。 機器人的動作由低到高分為三層結構：基本動作——技術動作——戰(zhàn)術動作。基本動作包括到定點(直線運動和弧線運動)、轉角(原地轉動和邊轉邊走)、按照指定方向運動等。技術動作包括守門、射門、攔截、搶點、傳球和障礙回避等。這些動作為機器人的個人動作，可以由基本動作支持完成。戰(zhàn)術動作是更高一層的動作，指隊員之間的協(xié)調(diào)和協(xié)作。每個戰(zhàn)術動作的完成，需要調(diào)用多個技術動作，如一傳一射、二過一等。第五步：機器人運動軌跡規(guī)劃設計機器人的軌跡，從面上看就是機器人在哪些條件下要直接運動到定點，什么時候走曲線，曲線的弧度如何，哪些情況下要避障等等。機器人的路徑規(guī)劃方法很多，如人工勢場法、中垂線法、遺傳算法和神經(jīng)網(wǎng)絡等。第六步：機器人左右輪速的確定在確定了機器人的運動軌跡后，可以計算出機器人左右兩輪的速度。在輪速計算上，應該充分考慮機器人的機械特性和平臺特性，同時輪速的計算也涉及足球機器人的底層運動控制方法的選擇。根據(jù)六步推理模型，可以得到如下推理過程：（1）態(tài)勢分析；（2）隊形確定；（3）角色分配；（4）動作選擇；（5）動作實現(xiàn)。足球機器人決策系統(tǒng)的體系結構就是根據(jù)此推理過程設計的。體系結構是決策系統(tǒng)的主心骨，它的設計好壞直接關系到整體性能的發(fā)揮和智能水平的高低。目前，構造足球機器人系統(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，分層遞階式結構是把各種模塊安排成若干個層次，在不同層次上的模塊具有不同的動作性能和操作方式。一般來說，位于高層的模塊負責復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。分層遞階式結構最有代表性的是Saridia提出的三級模型，他把整個結構按功能從高到低分成三個層次：執(zhí)行級、協(xié)調(diào)級和組織管理級。，在此結構中，底層的執(zhí)行級用于與控制對象和環(huán)境交互；最高層用于組織管理，中間層連接上下兩層，進行操作行為和協(xié)調(diào)。視覺子系統(tǒng)管 理 層硬件驅(qū)動任務分配全局管理協(xié) 調(diào) 層執(zhí) 行 層足球機器人輪速設定 分層遞階式結構的三級模型可以看到在這種決策模型下，機器人的智能部分由統(tǒng)一的全局控制器來實現(xiàn)，使各個機器人僅作為全局控制器的執(zhí)行機構，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)行過程流暢。為此，根據(jù)上面的推理模型。高層 決策推理隊形集角色集動作集底層 運動控制左右輪速動作執(zhí)行角色分配隊形選擇態(tài)勢分析視覺信息小 車動作選擇 足球機器人決策子系統(tǒng)體系結構第六章 總結與展望現(xiàn)在對以前所完成的設計和研究工作做個總結，并對將來的研究和技術的改進提出展望。 對今后工作的展望由于本人的時間、精力和學識有限，論文也只能從應用的角度，來探討足球機器人的控制系統(tǒng)設計。許多新的控制算法都沒有在機器人平臺上進行更多的應用，同時許多控制系統(tǒng)設計的各種電路選擇都可以基于更多新的更強功能的芯片上進行，這都有待于后來人的繼續(xù)改進。事實上，關于足球機器人的研究在國內(nèi)外還是方興未艾，有著廣闊的研究前景。足球機器人的研制涉及計算機、自動控制、傳感、無線通訊、精密機械和仿生材料等等眾多學科的前沿研究與綜合集成。仿真機器人足球賽在標準軟件平臺上進行，平臺設計充分體現(xiàn)了控制、通訊、傳感等方面的實際限制。仿真機器人足球隊的研究重點是球隊的高級功能，包括動態(tài)多主體系統(tǒng)中的合作、決策、實時規(guī)劃和機器學習等當前人工智能的熱點問題。因此，在國際人工智能領域，機器人足球被越來越多的人認為是未來50年研究的一個標準問題，正如國際象棋人機對抗賽被認為是過去50年研究的一個標準問題一樣。機器人足球的競賽目標是：到2050年，在“可比”的條件下，戰(zhàn)勝人類的世界冠軍隊。機器人足球賽有利于將人工智能研究與實踐結合起來，檢驗新思想、新技術，促進相關科技發(fā)展。機器人足球賽所催生成熟的一系列高新技術，將為社會經(jīng)濟和文化的發(fā)展提供總要手段。機器人足球既是一種前沿研究的競爭和高技術對抗活動，又具有與足球類似的娛樂性、觀賞性和刺激性?？梢灶A料，這一活動將產(chǎn)生極大的市場需求和新的產(chǎn)業(yè)機會，帶來不可估量的經(jīng)濟和社會效益。參考文獻[1]. 張培仁、張志堅、鄭旭東、張華賓編《基于16/32位DSP機器人控制系統(tǒng)設計與分析》，清華大學出版社，2006.[2]. 余永權、汪明慧、黃英編《單片機在控制系統(tǒng)的應用》，電子工業(yè)出版社，2003.[3]. 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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