文章编号 2 2 2 国际机器人足球比赛及其相关技术
Ξ
李 实 徐旭明 叶 榛 孙增圻
清华大学计算机系国家智能技术与系统重点实验室 北京 摘 要 本文在简要介绍两个相关的国际组织 ≤∏ 联合会和ƒ 的基础上 重点论述了 ≤∏ 的比赛环境 同时详细阐述了目前各国参加 ≤∏ 比赛球队的系统结构及其相关技术 对提高我国相关领域的研究水平 迅速组织我们自己的机器人足球队参加国际比赛并取得好名次具有指导意义
关键词 ≤∏ ƒ 机器学习 决策 ∏ 2 系统 分布式人工智能
中图分类号 ×° 文献标识码
1 引言
训练和制造机器人进行足球赛 是当前人工智能和机器人领域的研究热点之一 机器人足球比赛的设想首先是由加拿大不列颠哥伦比亚大学的教授 在 年的论文5 ≥
6中提出的 举办机器人世界杯足球赛的目的是为了促进分布式人工智能研究与教育的发展 通过提供一个标准任务 使得研究人员利用各种技术 获得更好的解决方案 从而有效促进各领域的发展 涉及的研究领域包括 智能机器人系统!多智能体系统!实时模式识别与行为系统!智能体结构设计!实时规划和推理!基于网络的三维图形交互!传感器技术等 研究目标是计划经过五十年左右的研究 使机器人足球队能战胜人类足球冠军队 目前 有关机器人足球比赛的国际组织有两个 ≤∏ 联合会和ƒ
组织 ≤∏ • ≤∏ 即机器人世界杯足球锦标赛 年 月 在日本东京举行的关于人工智能领域重大挑战的研讨会中 与会的研究人员对制造和训练机器人进行足球比赛以促进相关领域研究进行了探讨 在一些学者的积极倡导下 如美国≤ 的 ∏ ∂ 教授 ≥ ≠公司的支持下 成立了 ≤∏ 联合会 并于 年在日本举行了一次表演赛 获得了很大地成功 第一届 ≤∏ 比赛和会议于 年举行 大约有 个机器人球队 包括美国!日本和欧洲的主要大学及研究机构 和超过 名观众参加此次盛会 第二届比赛 ≤∏ 2 °
有接近 支球队参赛 是历史上最大规模的移动机器人会议 每年举办一届
ƒ ƒ 2≥ 是由韩国人创立的组织 从
年开始每年举办一届比赛 ƒ 的比赛中只有实际机器人的比赛 没有仿真组比赛 目前其国际影响力比较小 主要有韩国!新加坡!巴西等一些国家的研究机构组队参赛 ƒ 采用集中式系统结构 即系统中只有一个决策机制 比赛过程中需要人的部分参与 而 ≤∏ 为分布式系统 各个队员具有自己独立的进程 负责自身的信息感知!决策和动作执行 进程之
第 卷第 期
年 月
机器人 ΡΟΒΟΤ∂ ≥
Ξ
收稿日期
间不许进行直接的信息交换
考虑到 ≤∏ 的影响力和技术特点 我们将在下文中详细介绍 ≤∏ 比赛情况和各参赛队的设计结构
2 ΡοβοΧυπ比赛及仿真环境
2 1ΡοβοΧυπ比赛
参加比赛的机器人足球队是由多个在动态环境下快速移动的机器人组成 ≤∏ 同时提供一个软件平台来进行软件仿真研究 为了有效促进相关领域的研究与发展 比赛仅是整个活动的一部分 目前 ≤∏ 活动包括如下几个方面
技术会议 机器人足球赛 机器人足球挑战赛 教育程序 基础结构发展
当然 机器人足球赛是整个活动的主要部分 研究者们会聚一堂 评价研究的进展情况 机器人足球赛锦标包括
仿真组比赛 小型机器人组比赛 小型机器人组标准比赛 每队 人 中型机器人组比赛 ≥ 有腿机器人比赛 ≥ 公司发起 类人机器人组比赛 计划从 年开始 也许提前 遥操作比赛 即将宣布 ≤∏ 展示会 2 2 ΡοβοΧυπ仿真比赛环境
≤∏ 仿真组比赛是各种比赛中参赛队数目最多的一种 由于仿真环境与人类足球比赛的环境相似 比赛队员的仿真模型与实际队员也很接近 实现了机器人比赛中由于机器人硬件的不足而放弃的规则 故其对于分布式人工智能理论的研究具有重要意义 本文将主要介绍仿真比赛环境和比赛球队的实现方法 仿真比赛是在一个标准的计算机环境内进行的 比赛规则基本上与国际足球联合会的比赛规则一致 只是在某些方面有很小地改动 比赛采用
≤ Ù≥ √ 方式 由 ≤∏ 联合会提供标准的≥ ≥ √ 系统 参赛队编写各自的≤
程序 模拟实际足球队员进行比赛 ≥ ≥ √ 是一个允许竞赛者使用各种程序语言进行仿真足球比赛的系统 它提供了一个虚拟场地 并对比赛双方的全部队员和足球的移动进行仿真 以离散的方式控制比赛的过程 为了使仿真比赛更加真实 ≥ ≥ √ 在环境中生成一定的环境噪声 对每个≤ 的感知和执行动作进行干扰 ≤
相当于球员的大脑 指挥球员的运动 每个≤ 模块只允许控制一名球员 ≤ 之间不允许直接进行通信 ≤
之间的通讯必须通过≥ ≥ √ 来进行 竞赛者同时运行与比赛球员数目相等的≤
≥ √ 和≤ 之间的通信是通过 ⁄°Ù °协议进行的 竞赛者可以使用支持 ⁄°Ù °
的任何程序系统 每个仿真周期 ≥ √ 会从全部≤
读取下个周期队员要执行的命令 同时≥ √ 在一定的周期内 决定于队员的自身状态 为每个队员发送其相应的感知信息
≥ ≥ √ 包含两个程序 ≥ ≥ √ 和≥
≥ ≥ √ 的工作是仿真足球和队员的状态!与≤ 进行通信!按照一定的规则控制游戏的进程 裁判功能 ≥ 则负责利用• ÷ 或• 系统显示虚拟场地 如图 所示 ≥ √ 可以同时与多个≥ 相连 在多个显示器上同时显示比赛的情况
2 3 设计难点
从上节的论述可以归纳仿真比赛环境的特点主要有
第 卷第 期李实等 国际机器人足球比赛及其相关技术
机器人 年 月
图 ≥
动态实时系统 比赛每个仿真周期为 年国际比赛规则 要求每个 在此时间内完成全部计算并将要执行的命令发送给≥ ≥ √ 否则将失去本次动作执行的机会
环境干扰 由于≥ ≥ √ 的影响 每个 不能准确地感知环境 同时不能精确地改变环境
合作与协调 全部 具有一个共同的目标 需要使用有效的方法进行 之间的合作 同时解决局部目标与全局目标 个体目标与共同目标之间冲突的问题 受限的通讯带宽 系统不允许 之间直接进行信息交换 全部通讯必须由≥ ≥ √ 控制 在一定的仿真周期内 只有有限的消息得到传递
3Μυλτι−αγεντ系统 ΜΑΣ 与分布式人工智能 ΔΑΙ
≤∏ 是以 ≥和⁄ 为主要研究背景的 其主要目的就是通过提供一个标准的!易于评价的比赛平台 促进⁄ 与 ≥的研究与发展 下面简单介绍 ≥与⁄ 的发展历程及主要的研究领域
3 1研究背景
随着结构和计算机控制的技术处理与系统复杂度的增加 使得他们作为单一结构的设计 维护和中央控制系统的监视都变得非常困难 分布式系统是很好的解决办法 这些系统的主要衡量标准是鲁棒性而非最优性 技术的快速发展从 年开始≈ ≈• ≈• ×
的概念在⁄ ≈ 的研究中成为主要的角色 与 相比 ⁄ 主要从不同的角度研究智能系统的集体行为 在⁄ 相对模糊的概念中主要领域为多智能体系统 ≥ ≈⁄ 同时包含一些经典 外的研究领域 在过去的 年中 的设计与应用成为越来越多研究人员的兴趣≈• ≈• × 至少有三个主要的研究领域影响了 设计
