全自主足球机器人的研究综述

摘要：机器人足球比赛是一项极具魅力的高科技竞技比赛,它涉及人工智能、机器人学、计算机技术、通讯技术、传感技术等诸多领域的前沿技术。足球机器人的智能化水平的提高体现了科技发展的最高水平。现在全自主足球机器人的发展研究更是人类研究的热点之一。

关键词：人工智能 足球机器人 全自主

1、引言

机器人足球比赛已经成为一项全世界瞩目的高科技对抗赛。在世界上影响较大的赛事主要有两个,一个是由国际机器人足球联合会(FIRA)组织的微机器人世界杯,每年举行一次,同时进行这一领域的学术研究；另一个是由国际人工智能协会组织的机器人世界杯RoboCup,也是每年一届,它要求参赛的机器人是自主式的,其复杂程度和制作成本较高。

足球机器人为智能系统的研究提供了一个很好的载体,它充分体现了人工智能、机器人学、传感器技术等多技术的发展水平和融合程度,也从另一个侧面反映了一个国家信息与自动化领域的科技发展水平。足球机器人不仅将静态环境下单智能体对单智能体的挑战提升为多智能体对多智能体的对抗,并实现了在复杂环境下,以实时控制的方式进行信息的处理和决策分布。

2、足球机器人

2.1 足球机器人比赛种类

FIRA机器人足球比赛种类:半自主型机器人足球;全自主型机器人足球;仿真机器人足球;超小型半自主机器人机器人足球;超小型全自主机器人足球;类人机器人足球。

RoboCup机器人足球比赛种类:电脑仿真比赛;小型足球机器人赛;中型自主足球机器人赛;四腿机器人足球赛;拟人机器人足球赛。

2.2 机器人足球比赛情况简介

在足球场上,是装有完整的智能控制系统的车型足球机器人,机器人可以自主的收集周围的信息和比赛的情况,并能自主的进行行为决策,包括导航定位,寻找足球、队员和球门,遇到对方队员进行自主避障,并选择时机带球入门。

比赛一般先进行小组赛,出线队伍进入下一轮淘汰赛,如果打成平局,则进入加时赛,若仍不能分出胜负,则双方互罚点球决胜负。比赛分成上下两个半场,各十分钟,中场休息五分钟。

机器人采用上下布局的视觉系统结构。位于比赛场地上方的摄像机能进行旋转,时刻搜集比赛现况。CCD摄像机固定在机器人的"腹部",镜头朝向机器人的正前方,负责识别距离机器人很近的目标物体。

3、全自主足球机器人

全自主足球机器人的系统结构。随着机器人足球比赛在全世界的火热进行,研制出更接近人类形态、智能和运动水平的机器人,并且在没有人干预的情况下,按照足球比赛规则,在真实的足球赛场上,跟人类进行真正意义的足球比赛,成为了这个领域的终极目标。

系统结构。（图1）是足球机器人的基本系统结构图。通过教练机广播任务,各个机器人通过局域网接受任务,各个机器人通过各自的系统进行相互配合,完成球场上的比赛过程（图1）。

(1)机器人视觉子系统。机器人的视觉子系统主要通过自身携带的各类传感器进行现场信息的采集,进而进行环境地图的绘制、路径规划、任务设计等工作,并通过对现场球体、队员、对方球员和环境的感知完成自身定位、足球现况分析、任务分析,同时采用目标跟踪技术进行路径跟踪、人体运动的检测与跟踪、对特定目标物体的跟踪等技术。在机器人身上安装全景视觉传感器和前向、前向视觉传感器,它们各司其职,并行工作。全景视觉传感器是最重要最关键的传感器,它主要用于大范围的信息采集,精度高实时性好。前向视觉传感器安装在机器人胸前,可以采集并精确识别前方脚下目标,这恰巧是全景视觉传感器的盲区。(2)无线通信子系统。要使多机器人之间能够有效的通讯和配合,就需要采用先进的通讯设备和可靠的通讯协议通信系统采用基于无线局域网的通信技术,完成网络信息传送,该传输过程是一个全双工、共享的过程,实现点对点或者点对面的信息交互。(3)决策子系统。全自主机器人的一个典型特点就是具备完整的决策能力,每个机器人都能根据其他系统提供的信息,准确分析和判断出比赛过程中的各种形势,采用人工智能的算法,采取最优的路径规划算法进行避障和运动,使机器人做出高速正确的决策,达到赢球的目的。(4)控制子系统。控制子系统是机器人最重要的结构。机器人根绝其他系统所提供的各种信息进行综合分析后向机器人发出控制指令。控制系统是一个复杂并且精确要求很高的系统,运动控制和运动性能的好坏直接影响机器人的比赛能力和比赛结果。

4、结语

通过对现有机器人足球比赛状况的分析和对全自主足球机器人系统的研究,可见要实现能跟人类足球对抗的机器人还需要解决很多的技术难题和增强各种先进技术的融合程度,随着科技的进步,这些问题也会逐步解决。

参考文献

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