1、 毕业设计文献综述 机械设计制造及其自动化 足球机器人设计 一、前言 足球运动是大家都非常喜爱的运动。让机器人来踢足球呢？听起来是天方夜谭，可是他确实存在，足球机器人诞生于 20 世纪末，是高科技与体育运动结合的产物，其目标是到 2050年前后，在“可比”的条件下，一支智能足球机器人比赛队伍要能战胜当时的人类世界足球冠军队。这是从事智能足球机器人事业的科技工作者所面临的十分艰巨的挑战。智能足球机器人涉及计算机、自动控制、传感与感知融合、无线通讯、精密机械和仿生材料等众多学科的前沿研究与技术融合，包括动态不确定环境中 的多主体合作、实时推理 规划 决策、机器人学习和策略获取等当前人工智能的热点问
2、题。智能足球机器人系统的研究和开发是培养信息自动化科技人才的重要手段，也是展现高科技发展的生动窗口和促进科技成果实用化的一个途径。1二、 国内外足球机器人发展的现状 在人工智能与机器人学历史上， 1997 年将作为一个转折点被记住。在 1997 年 5 月， IBM的“深蓝”击败了人类国际象棋世界冠军，人工智能界 40 年的挑战终于取得了成功。在 1997年 7 月 4 日， NASA 的“探路者”在火星成功登陆，第一个自治机器人系统 Sojourner 释放在火星 的表面上。与此同时， RoboCup 也朝着开发能够战胜人类世界杯冠军队的智能足球机器人队走出了第一步。 足球机器人的最初想法是
3、由加拿大不列颠哥伦比亚大学的艾伦马克沃斯（ Alan Mackworth）教授于 1992 年提出的。日本学者迅速对这一想法进行了系统的调研和可行性分析。 1993 年 6 月，包括浅田埝（ Minoru Asada）、 Yasuo Kuniyoshi 和北野宏明（ Hiroaki Kitano）在内的一些研究工作者决定创办一项机器人比赛，暂时命名为 RoboCup J 联赛。然而在一个月之内，他们就接到绝 大部分是日本以外的研究工作者的反应，要求将比赛扩展成一个国际性的联合项目。由此他们就将这个项目改名为机器人世界杯赛（ Robot World Cup Soccer Games，简称 Rob
4、oCup）。 与此同时，一些研究人员开始将 机器人足球作为研究课题。隶属于日本政府的电子技术实验室（ ETL）的松原仁 (Itsuki Noda)以机器人足球为背景展开多主体系统的研究，并已经开始开发一个专用的足球比赛模拟器。这个模拟器后来成了 RoboCup 的正式足球比赛仿真平台。日本大阪大学的浅田埝教授、美国卡内基梅隆大学的 Veloso 教授（ RoboCup 联盟现任主席）和她的学生 Peter Stone 等也开展了同类工作。没有这些先驱者的参与， RoboCup就不可能产生。由此，机器人足球迅速成长为国际人工智能和机器人学研究的一个重要主题和方向。 1993 年 9 月， Rob
5、oCup 第一次发表公告，并草拟了明确的规则。于是，在很多会议和研讨会上进行了关于组织和技术问题的讨论，包括 AAAI-94(美国人工智能联合会会议 )，JSAI(日本人工智能学会 )研讨会以及其他机器人界的会议。同时，松原仁 (Noda)在 ETL 的小组宣布了仿真比赛平台初始版本 (LISP 版本 )，这是为进行多主体系统研究而开发的第一个足球领域的开放系统仿真平台，后来又通过 Web 发布了 1.0 版本的仿真比赛平台 (C+版本 )。这个仿真平台的第一次公开演示是在 IJCAI-95。 1995 年 8 月，在加拿大 蒙特利尔 召开的国际人工智能会议 (IJCAI-95)上发表了公告，
6、将在 名古屋 与 IJCAI-97 联合举办首届机器人世界杯足球赛及会议。同时，为了发现与组织大型 RoboCup 比赛有关的潜在问题，决定先举办 Pre-RoboCup-96。作出这个决定是为了留出两年的准备和开发时间，这样研究小组就可 以开始开发机器人和仿真的球队，同时也能有时间筹集研究经费。 1996 年 11 月 4 日到 8 日，在大阪的国际智能机器人与系统会议 (IROS-96)上举行了Pre-RoboCup-96。有 8 支球队参加了仿真组比赛，并展示了参加中型组比赛的真正的机器人。虽然规模不大，但这是第一次将足球赛用于促进研究与教育的比赛。 1997 年， 在国际最权威的人工智
7、能系列学术大会 第十五届人工智能联合大会上，智能足球机器人被正式列为人工智能的一项挑战。 第一次正式的 RoboCup 比赛和会议获得了巨大的成功。比赛仅设了机器人组和仿真组两 个组别，来自美国、欧洲 、澳大利亚 、日本等 40 多支球队参加， 5000 多名观众观看了比赛。从此， 智能足球机器人成为人工智能和机器人学新的标准问题。 RoboCup 作为机器人学和人工智能研究领域的最重要的活动之一蓬勃发展起来。 自 1997 年至今，足球机器人世界杯已经走过了 15 个春秋，由最初的 11 个国家的 38支队伍增加到现在的 40 多个国家的 500 多支队伍，比赛项目也由当初的仿真组、小型足球
8、机器人组、中型机器人组及表演项目发展到现在的十几个组别的比赛。 RoboCup 的举行有力地促进了智能足球机器人的研究，其参赛国家和队 伍进一步扩大，技术水平不断提高。可以预见，随着智能足球机器人一些关键技术的解决，人机大战即将到来。 RoboCup 足球机器人赛最重要的目的是检验信息自动化前沿研究，特别是多主体系统研究的最新成果，交流新思想和新进展，从而更好的推动基础研究和应用基础研究及其成果转化。通过竞赛，各种不同的新思想、新原理和新技术可以得到客观的评价。因而 RoboCup智能足球机器人世界杯赛和学术大会受到了世界各国，特别是美、日、德等发达国家的高度重视。我国在这方面起步较晚，因此更
9、需要奋起直追。 2001 年 6 月 26 日中国自动化学会机 器人竞赛工作委员会成立大会在清华大学召开，该委员会将负责统一协调、组织全国的机器人竞赛活动， 863 计划还提供了专项基金予以资助，标志着我国机器人竞赛事业进入了一个崭新阶段。我国计算机、自动化和机器人领域的多位著名专家参加了大会兵发表了讲话，包括戴汝为院士、张启先院士等。该委员会为中国科学技术协会和中国自动化学会的组成部分，其宗旨是通过机器人比赛让更多的人尤其是青少年朋友了解机器人、喜爱机器人，普及现代科学知识，为我国的机器人事业培养更多的优秀人才，推动自动化与机器人技术的发展和创新，为我国的快速持续发展贡献 力量。 中国高校组
10、建的第一支足球机器人对是东北大学的牛牛队，该队于 1997 年组建， 1999年首次代表中国参加在巴西举行的 FIRA 系列的国际大赛。 组建中国第一支 RoboCup 足球机器人的是中国科技大学的仿真 2D 蓝鹰队， 2000 年该队参加了澳大利亚墨尔本举办的 RoboCup 足球机器人世界杯赛，是首支代表中国参赛的RoboCup 足球机器人队。 2001 年，清华大学风神队第一次参加在美国西雅图举办的 RoboCup 足球机器人世界杯赛，夺得仿真 2D 组世界冠军，为中国高校在世界赛场上的首个冠军。 此后，中国高校纷纷进入 世界大赛，并有多个高校多次获得世界冠军。而且中国每年都在举办机器人
11、大赛，中国机器人大赛是在中国自动化学会机器人竞赛工作委员会主持下的全国最高级别的机器人赛事，包括了 RoboCup 所有赛事及 FIFA 赛事，另外还加上中国本土特色的一些比赛，比如机器人游北京，机器人武术擂台赛、水下机器人比赛等。可以预见，足球机器人必将在中国高校与研究机构蓬勃发展。1经过 15 年的发展，足球机器人比赛已经不可同日而语了。我们有理由相信到 21 世纪中叶，完全自治的类人机器人足球队战胜人类世界冠军。 三、结束语 一个成功的划时代 计划必须完成一个非常引人注目而且能引起广泛关注的目标。其重要问题是设定一个足够高的目标，才能取得一系列为完成这个任务我饿必需的技术突破，同时这个目
12、标也要有广泛的吸引力和兴奋点。最成功的例子是阿波罗太空计划，虽然送人登上月球带来的经济效益很小，但为达到这个目标而发展的技术是如此重要，以至于成了美国工业强大的技术和人员基础。足球机器人的最终目标是 ;到 21 世纪中叶，一支完全自治的人型足球机器人遵守国际足联的规则战胜当时的人类世界冠军。这个目标可能过于雄心勃勃，但是随着科学技术的飞速发展，我们有理由相信这个目标并不 遥远。 四、参考文献 1 陈万米，张冰，朱明等，智能足球机器人系统 M，北京：清华大学出版社， 2009. 2 王立权等，机器人创新设计与制作 M，北京：清华大学出版社， 2007. 3 李团结， 机器人技术 M，北京： 电子
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