機(jī)器人足球的意義、**終目標(biāo)及發(fā)展規(guī)劃

1、機(jī)器人足球概況

      機(jī)器人足球是在一個(gè) 130 × 150 ㎝ 大小的平臺(tái)上由兩個(gè)機(jī)器人球隊(duì)互相攻球的比賽，進(jìn)球多的球隊(duì)取勝。目前在國(guó)際上**流行的機(jī)器人足球是半自主型機(jī)器人足球，這種比賽每個(gè)球隊(duì)由 3 個(gè)或 5 個(gè)移動(dòng)機(jī)器人組成，將來(lái)要增加到 7 個(gè)或 11 個(gè)。每個(gè)機(jī)器人的尺寸限制在 7.5 × 7.5 × 7.5 ㎝以內(nèi)，比賽用的球是高爾夫球。整個(gè)比賽分上下兩個(gè)半場(chǎng)，每場(chǎng)比賽時(shí)間為 5 分鐘，中間有 10 分鐘的休息時(shí)間，在這一段時(shí)間內(nèi)雙方可更換機(jī)器人的電池或比賽策略等。

      機(jī)器人足球比賽的**大特點(diǎn)是在整個(gè)比賽過(guò)程中人不能干預(yù)，機(jī)器人必須完全自主獨(dú)立地進(jìn)行比賽，因此對(duì)每個(gè)機(jī)器人要求具備高度智能及各機(jī)器人之間協(xié)調(diào)與合作能力。機(jī)器人足球比賽和人類足球一樣是在裁判的控制和嚴(yán)格的規(guī)則下進(jìn)行的，也有點(diǎn)球、任意球、球門球等規(guī)則。打成平局時(shí)也有 3 分鐘的延長(zhǎng)，也實(shí)行突然死亡法和點(diǎn)球大戰(zhàn)。

      機(jī)器人踢球采用人工智能原理， 即完全 模仿人踢球。首先用機(jī)器視覺(jué)（相當(dāng)于人的眼睛）識(shí)別和判斷球的位置，然后用計(jì)算機(jī)決策系統(tǒng)（相當(dāng)于人的大腦），對(duì)不同的動(dòng)作（如射門或傳球等）做出不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，**后用機(jī)器人（相當(dāng)于人腿）去“踢球”。但在目前技術(shù)水平條件下，“踢球”并不是用腳踢球，而是用機(jī)器人軀體推球。和人類足球一樣機(jī)器人球隊(duì)的勝負(fù)不但取決于機(jī)器人本身（硬件）的性能，而且也取決于比賽策略（軟件），只有可靠的硬件與先進(jìn)的策略結(jié)合才能取勝。

      “世界杯”機(jī)器人足球是由韓國(guó)科學(xué)技術(shù)院（ KAIST ）金鐘煥教授為發(fā)展多智能 體技術(shù) 于 1995 年 11 月首次提出的，此后于 1996 年 11 月他在政府和企業(yè)界的共同支持下首次舉辦了“世界杯”機(jī)器人足球賽。接著在 1997 年 6 月舉辦第二屆“世界杯”機(jī)器人足球大賽時(shí)，經(jīng) 14 個(gè)國(guó)家代表的共同協(xié)商成立了國(guó)際機(jī)器人足球聯(lián)盟（ FIRA ） , 決定在 FIRA 組織下每年舉辦一次“世界杯”大賽，同年在哈工大成立中國(guó)人工智能學(xué)會(huì)下屬 FIRA 中國(guó)分會(huì)，并建立了中國(guó)**支機(jī)器人足球隊(duì)。 1998 年 6 月 FIRA 中國(guó)分會(huì)邀請(qǐng) FIRA 主席金鐘煥教授到北京做機(jī)器人足球表演賽，從而機(jī)器人足球得到了國(guó)家有關(guān)部門的重視。同年 6 月在法國(guó)巴黎舉辦第三屆“世界杯”大賽后機(jī)器人足球被學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界 受高度 重視，成為世界各國(guó)認(rèn)可的高新技術(shù)比賽。 FIRA 中國(guó)分會(huì)在 1999 年 7 月和 11 月份兩次在哈工大舉辦了首屆全國(guó)機(jī)器人足球邀請(qǐng)賽和錦標(biāo)賽，從而在國(guó)內(nèi)形成了機(jī)器人足球熱，經(jīng)過(guò) 6 年的風(fēng)風(fēng)雨雨，中國(guó)機(jī)器人足球隊(duì)已從零發(fā)展到 40 多個(gè)，在 2002 年漢城舉辦的第七屆“世界杯”機(jī)器人足球大賽中，中國(guó)隊(duì)獲得了兩項(xiàng)世界杯冠軍，這意味著中國(guó)機(jī)器人足球隊(duì)已沖出亞洲走向國(guó)際舞臺(tái)，成為世界勁旅。

2 、機(jī)器人足球?qū)W(xué)術(shù)界的作用和意義

       機(jī)器人足球是一個(gè)多智能 體系統(tǒng) （ Multi Agent System ）的典型問(wèn)題，又是研究分布式人工智能（ Distributed Artificial Intelligence ）的理想平臺(tái)。在多智能 體系統(tǒng) 中不但研究每個(gè)智能體本身的體系結(jié)構(gòu)，而且更著重研究各智能體之間的協(xié)調(diào)與合作問(wèn)題。

       在人工智能的發(fā)展道路上曾出現(xiàn)過(guò)計(jì)算機(jī)象棋。它是用計(jì)算機(jī)對(duì)人類進(jìn)行的象棋比賽，它作為 博奕 的典型問(wèn)題在人工智能領(lǐng)域發(fā)展了搜索與產(chǎn)生 式理論 ，成為發(fā)展人工智能的**個(gè)里程碑。經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的 50 年后， IBM Deep Blue 軟件終于打敗了世界象棋冠軍 Kasprov 。它給人類展示了計(jì)算機(jī)專家系統(tǒng)可以擊敗人類天才的可能性。但是計(jì)算機(jī)象棋只反映人類社會(huì)的一個(gè)側(cè)面，即它是一個(gè)單智能體對(duì)另一個(gè)單智能體，在靜態(tài)環(huán)境下，以非實(shí)時(shí)方式進(jìn)行的知識(shí)處理問(wèn)題。而實(shí)際的人類社會(huì)發(fā)生的絕大部分問(wèn)題是，一群多智能體對(duì)另一群多智能體，在復(fù)雜動(dòng)態(tài)環(huán)境下，以實(shí)時(shí)方式進(jìn)行的知識(shí)處理問(wèn)題。在人工智能領(lǐng)域出現(xiàn)的多智能 體系統(tǒng) 就要研究和解決這種人類社會(huì)客觀存在的實(shí)際問(wèn)題，因此可以說(shuō)，多智能 體系統(tǒng) 是發(fā)展人工智能的一個(gè)新的突破，它將過(guò)去封閉和孤立的知識(shí)系統(tǒng)發(fā)展為開(kāi)放、分布的知識(shí)系統(tǒng)，使人工智能面向更多的實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域。

       過(guò)去既然**計(jì)算機(jī)象棋這個(gè)典型問(wèn)題來(lái)推動(dòng)了人工智能中的搜索和產(chǎn)生 式理論 ，那么現(xiàn)在能否找到另一種典型問(wèn)題來(lái)推動(dòng)多智能 體系統(tǒng) 的發(fā)展呢？答案是肯定的，那就是機(jī)器人足球。這是因?yàn)樵跈C(jī)器人足球中不但包含著多智能 體系統(tǒng) 要研究的全部?jī)?nèi)容，而且其中所包含的動(dòng)態(tài)環(huán)境與實(shí)時(shí)性要求比一般系統(tǒng)更為苛刻?，F(xiàn)在來(lái)分析機(jī)器人足球?yàn)槭裁茨艹蔀檠芯慷嘀悄?體系統(tǒng) 的典型問(wèn)題。

      首先機(jī)器人足球比賽是一群機(jī)器人對(duì)另一群機(jī)器人對(duì)抗的分布式多機(jī)器人系統(tǒng)，其中每個(gè)機(jī)器人是具有決策能力的 Agent 。在比賽過(guò)程中每個(gè)機(jī)器人不但能發(fā)揮個(gè)人能力，而且還能**協(xié)調(diào)與合作還發(fā)揮集體力量；其次，在比賽場(chǎng)地上的各球隊(duì)機(jī)器人為了射門或防守到處奔跑，因此成為時(shí)時(shí)刻刻變化的非常復(fù)雜的動(dòng)態(tài)環(huán)境；第三，為了戰(zhàn)勝對(duì)方，雙方機(jī)器人球隊(duì)必須實(shí)時(shí)地了解我方和敵方陣營(yíng)的動(dòng)態(tài)變化，并根據(jù)這一動(dòng)態(tài)變化提出行為決策，即全面進(jìn)攻或局部進(jìn)攻或防守等比賽策略問(wèn)題。同時(shí)為執(zhí)行這個(gè)決策，各智能體之間必須**通信來(lái)解決協(xié)調(diào)與合作問(wèn)題。

      綜上所述，機(jī)器人足球比賽將過(guò)去計(jì)算機(jī)象棋中的單智能 體研究 對(duì)象發(fā)展到分布式多智能體；靜態(tài)研究環(huán)境發(fā)展到動(dòng)態(tài)環(huán)境；并將非實(shí)時(shí)知識(shí)處理問(wèn)題發(fā)展到實(shí)時(shí)處理問(wèn)題，因此可以說(shuō)，機(jī)器人足球是繼計(jì)算機(jī)象棋后出現(xiàn)的發(fā)展人工智能的第二個(gè)里程碑，它將人工智能技術(shù)發(fā)展到新的境界。

3 、機(jī)器人足球?qū)Ξa(chǎn)業(yè)界的作用和意義

      機(jī)器人足球雖然是在一個(gè)小平臺(tái)上兩個(gè)機(jī)器人球隊(duì)進(jìn)行的足球比賽，但要使一個(gè)機(jī)器人球隊(duì)?wèi)?zhàn)勝另一個(gè)機(jī)器人球隊(duì)，不但需要人工智能技術(shù)中的視覺(jué)、傳感融合、行為決策、知識(shí)處理等技術(shù)，而且還需要和無(wú)線通訊、智能控制、機(jī)電一體化、計(jì)算機(jī)仿真等許多關(guān)鍵技術(shù)集成為一體的綜合技術(shù)。因此凡參加“世界杯”機(jī)器人足球比賽的球隊(duì)都是帶著自己國(guó)家的綜合實(shí)力和尊嚴(yán)參加比賽的，因此可以說(shuō)“世界杯”機(jī)器人足球是衡量各國(guó)綜合技術(shù)實(shí)力的一個(gè)小平臺(tái)上“技術(shù)戰(zhàn)爭(zhēng)”。

       機(jī)器人足球中所包含的關(guān)鍵技術(shù)。這些關(guān)鍵技術(shù)對(duì)我國(guó)新型產(chǎn)業(yè)的建設(shè)及對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)改造都具有非常重要的實(shí)際意義?，F(xiàn)簡(jiǎn)單介紹各關(guān)鍵技術(shù)的作用及其對(duì)產(chǎn)業(yè)界的應(yīng)用前景。

機(jī)器人足球關(guān)鍵技術(shù)、機(jī)器視覺(jué)技術(shù)、無(wú)線通訊技術(shù)、機(jī)電一體化技術(shù)、智能控制技術(shù)、嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)、戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)技術(shù)、人工生命學(xué)技術(shù)、仿真技術(shù)

**、機(jī)器視覺(jué)技術(shù)。 它給機(jī)器人球隊(duì)提供“眼睛”，即用來(lái)理解和判斷比賽環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化。比賽系統(tǒng)對(duì)機(jī)器視覺(jué)要求快速地識(shí)別球和機(jī)器人，并且準(zhǔn)確地測(cè)定機(jī)器人和球的位置。機(jī)器視覺(jué)技術(shù)可適用于各種現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)視、產(chǎn)品的非接觸質(zhì)量檢驗(yàn)系統(tǒng)及各種實(shí)時(shí)智能控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。

第二、無(wú)線通信技術(shù)。 它給機(jī)器人球隊(duì)提供“耳朵”，即用來(lái)解決各機(jī)器人之間互相信息交流所必需的通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。比賽系統(tǒng)對(duì)無(wú)線通訊系統(tǒng)要求必須可靠，不受干擾及防止通信阻塞。這種技術(shù)可適用于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、分布式控制及信息電器工程（ 3C ：計(jì)算機(jī)、通訊、消費(fèi)電子）系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。

第三、機(jī)電一體化技術(shù)。 它給機(jī)器人球隊(duì)提供強(qiáng)壯的“身體”，即用來(lái)解決可靠、耐久、快速運(yùn)動(dòng)的機(jī)體。由于技術(shù)上的問(wèn)題目前機(jī)器人上尚未裝上兩條腿，因此用電機(jī)驅(qū)動(dòng)的輪子來(lái)代替“腿”。這種技術(shù)可適用于各種家電產(chǎn)品及智能機(jī)器人的開(kāi)發(fā)。

第四、智能控制技術(shù)。 它為機(jī)器人球隊(duì)提供行為的“決策”能力，即用來(lái)保證在復(fù)雜動(dòng)態(tài)環(huán)境條件下，**“知識(shí)”實(shí)時(shí)地產(chǎn)生行為決策。實(shí)際上這個(gè)決策就是足球教練的專家系統(tǒng)。這種技術(shù)可適用于基于專家系統(tǒng)的智能控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。

第五、仿真技術(shù)。 它給機(jī)器人球隊(duì)提供“學(xué)習(xí)”能力，即用來(lái)解決機(jī)器人球隊(duì)的比賽策略開(kāi)發(fā)環(huán)境和訓(xùn)練條件。這種技術(shù)可適用于各種新產(chǎn)品的初期開(kāi)發(fā)及體育與軍事上的戰(zhàn)略、戰(zhàn)術(shù)開(kāi)發(fā)。

第六、嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)。 它給機(jī)器人球隊(duì)提供具有一定知識(shí)的“大腦”，即用來(lái)控制機(jī)器人的“視覺(jué)”、“聽(tīng)覺(jué)”、“身體”的運(yùn)動(dòng)及決策執(zhí)行等。因此它是機(jī)器人的控制的核心。對(duì)這種專用控制計(jì)算機(jī)要求體積很小，但知識(shí)存儲(chǔ)量大，因此需要硬件與軟件之間綜合技術(shù)。這種技術(shù)可適用于各種家電及各種武器裝備上的專用控制計(jì)算機(jī)開(kāi)發(fā)。

第七、人工生命學(xué)技術(shù)。 它給機(jī)器人球隊(duì)提供高級(jí)“技巧”，即用來(lái)解決機(jī)器人在復(fù)雜的動(dòng)態(tài)環(huán)境中如何有效地避免碰撞對(duì)方機(jī)器人、不犯規(guī)、以**路線到達(dá)目的地的路徑規(guī)劃問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題**遺傳算法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法加以解決。這種技術(shù)適用于各種機(jī)器人路徑規(guī)劃，系統(tǒng)辨識(shí)等系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。

第八、戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)技術(shù)。 機(jī)器人足球?qū)嶋H上是兩個(gè)對(duì)抗群體之間的競(jìng)爭(zhēng)，因此必須要考慮戰(zhàn)略、戰(zhàn)術(shù)及其開(kāi)發(fā)問(wèn)題。如果在機(jī)器人足球中，將球改為目標(biāo)，則系統(tǒng)變成追捕目標(biāo)問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題**對(duì)策論與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法加以解決。這種技術(shù)可適應(yīng)于未來(lái)機(jī)器人部隊(duì)追捕目標(biāo)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。

       綜上所述，機(jī)器人足球包含著在 21 世紀(jì)我們所要開(kāi)發(fā)的信息、自動(dòng)化、通訊、機(jī)電一體化、仿真及決策等許多關(guān)鍵技術(shù)，而這些關(guān)鍵技術(shù)無(wú)疑對(duì)我國(guó)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)改造和新型產(chǎn)業(yè)的建設(shè)具有實(shí)際意義。**比賽洗禮的技術(shù)肯定是過(guò)得硬的，因此我們相信機(jī)器人足球中所包含的八大關(guān)鍵技術(shù)必將對(duì)我國(guó)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)揮重要作用。

4、機(jī)器人足球的**終目標(biāo)

      機(jī)器人足球剛剛誕生時(shí)，人們提出機(jī)器人足球的主要目的首先是用來(lái)研究和開(kāi)發(fā)多智能體系統(tǒng)理論；其次是利用競(jìng)賽機(jī)制激發(fā)青年大學(xué)生的科學(xué)研究熱情，培養(yǎng)科學(xué)與創(chuàng)新精神。但隨著對(duì)機(jī)器人足球技術(shù)的深入研究，發(fā)現(xiàn)機(jī)器人足球的“競(jìng)賽” 含義 在某種意義上來(lái)說(shuō)比“技術(shù)” 含義 更重要，這是因?yàn)槿绻覀儗C(jī)器人球隊(duì)之間的競(jìng)賽改為機(jī)器人足球隊(duì)與人類足球隊(duì)之間競(jìng)賽，那么其研究領(lǐng)域已深入到未來(lái)的“機(jī)器人社會(huì)”。

       為此，我們大膽地提出機(jī)器人足球的**終目標(biāo)是，到 21 世紀(jì)中葉或下葉用機(jī)器人足球隊(duì)打敗人類足球隊(duì)。這和 50 年以前提出的用計(jì)算機(jī)打敗人類象棋 大王 同樣是個(gè)夢(mèng)想，又是一個(gè)挑戰(zhàn)性的目標(biāo)。

       在人類歷**曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)兩個(gè)里程碑項(xiàng)目，一個(gè)是將人類送上月球的“登月計(jì)劃”，另一個(gè)是用計(jì)算機(jī)打敗人類棋王的“計(jì)算機(jī)象棋”。這兩個(gè)里程碑項(xiàng)目的**終目標(biāo)固然很重要，但比它更重要的是，為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)而開(kāi)發(fā)出來(lái)的許許多多的關(guān)鍵技術(shù)支撐了航天時(shí)代和信息社會(huì)的到來(lái)。機(jī)器人足球的**終目標(biāo)同樣很重要，但比它更重要的是為實(shí)現(xiàn)這一挑戰(zhàn)性目標(biāo)而開(kāi)發(fā)出來(lái)的許許多多關(guān)鍵技術(shù)，機(jī)器人足球的**終目標(biāo)的實(shí)現(xiàn) 不但能改變足球歷史，而且還能改變整個(gè)人類歷史 ，使人類 進(jìn)入 “機(jī)器人社會(huì)”， 它同“登月計(jì)劃”和“計(jì)算機(jī)象棋”一樣是個(gè)偉大的里程碑項(xiàng)目。

5 、我國(guó)機(jī)器人足球的發(fā)展計(jì)劃

       由于技術(shù)問(wèn)題，目前我們還不能實(shí) 現(xiàn) 象 人 類一樣帶 兩條腿且能跑 的機(jī)器人來(lái)踢球。因此，在現(xiàn)階段機(jī)器人與人類進(jìn)行足球比賽是不可能的事情，只能開(kāi)展機(jī)器人對(duì)機(jī)器人的足球比賽，而且機(jī)器人本身也不是類人機(jī)器人，而是方頭方腦的小車子。但只要目標(biāo)清楚，技術(shù)路線正確，那么**終目標(biāo)終會(huì)實(shí)現(xiàn)的。

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