RoboCup四腿機(jī)器人決策系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、RoboCup機(jī)器人足球世界杯賽是近年來(lái)國(guó)際人工智能和機(jī)器人相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，為動(dòng)態(tài)不可預(yù)測(cè)性環(huán)境中多主體系統(tǒng)的研究提供了典型的背景和共同的問(wèn)題。本文以Sony ERS-7型四腿機(jī)器人為研究對(duì)象和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，以RoboCup四腿組比賽為直接目標(biāo)，就個(gè)體機(jī)器人軟件體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，決策系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)的確定，以及決策系統(tǒng)中技能、角色和協(xié)作的實(shí)現(xiàn)等關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了分析和研究，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了同濟(jì)大學(xué)四腿機(jī)器人組(TJ-Ark)參加RoboCu

2、p2006四腿組比賽的機(jī)器人決策系統(tǒng)。 RoboCup四腿機(jī)器人足球比賽是一個(gè)典型的多主體動(dòng)態(tài)不確定性環(huán)境，并具有對(duì)抗性。在比賽中，不同球隊(duì)的機(jī)器人之間的關(guān)系是對(duì)抗的、競(jìng)爭(zhēng)的；同隊(duì)的機(jī)器人之間則是合作的、互助的。為了完成動(dòng)態(tài)不確定環(huán)境下的復(fù)雜任務(wù)，個(gè)體機(jī)器人需要與團(tuán)隊(duì)中的其他機(jī)器人進(jìn)行交互協(xié)作。因而，在設(shè)計(jì)其體系結(jié)構(gòu)時(shí)，不僅要考慮機(jī)器人個(gè)體的行動(dòng)能力和感知能力，還需要考慮多個(gè)機(jī)器人間通信能力、任務(wù)分配能力和決策能力的實(shí)現(xiàn)。TJ-

3、Ark四腿機(jī)器人系統(tǒng)軟件體系結(jié)構(gòu)由五個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成，即動(dòng)作控制子系統(tǒng)、視覺(jué)子系統(tǒng)、定位子系統(tǒng)、通信子系統(tǒng)和決策子系統(tǒng)，滿(mǎn)足了實(shí)現(xiàn)RoboCup比賽分布式多機(jī)器人系統(tǒng)的需要。TJ-Ark機(jī)器人決策系統(tǒng)采用混合式結(jié)構(gòu)，分為兩個(gè)軟件層次實(shí)現(xiàn)：技能決策和高層決策，高層決策還可以更詳細(xì)地分作組隊(duì)決策和角色決策兩層。其中，技能決策的實(shí)現(xiàn)采用反應(yīng)式結(jié)構(gòu)，高層決策設(shè)計(jì)采用慎思式結(jié)構(gòu)。實(shí)踐證明，這種混合式的決策系統(tǒng)結(jié)構(gòu)集反應(yīng)式和慎思式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)于一體，

4、靈活有效。 找球和跟球，走向球，抓球，帶球以及主動(dòng)定位這5個(gè)基本技能決策的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，使機(jī)器人具有了最基本的智能和對(duì)環(huán)境的反應(yīng)能力。實(shí)現(xiàn)機(jī)器人跟球和找球技能的關(guān)鍵是組合控制機(jī)器人的腿部動(dòng)作和頭部動(dòng)作。曲線(xiàn)走向球技能專(zhuān)門(mén)為球在自方球門(mén)附近及球場(chǎng)邊緣的情況設(shè)計(jì)，避免了將球誤碰入自方球門(mén)和碰出球場(chǎng)。抓球技能通過(guò)配合控制四腿機(jī)器人的頭部，下巴以及前腿實(shí)現(xiàn)。采用抓球技能控球，即使在被對(duì)方推擠的情況下，機(jī)器人也不容易丟球。帶球技能的設(shè)計(jì)是為

5、了使機(jī)器人成功抓球后，能夠帶球調(diào)整位置。主動(dòng)定位技能通過(guò)控制機(jī)器人頭部看定位協(xié)方差最大方向上的標(biāo)志桿，以提高定位精度，從而保證了決策的正確性和準(zhǔn)確性。 高層決策中，設(shè)計(jì)組隊(duì)決策的目的在于使多機(jī)器人系統(tǒng)在比賽中能夠靈活地選擇組隊(duì)隊(duì)形。TJ-Ark決策系統(tǒng)設(shè)計(jì)了兩種組隊(duì)隊(duì)形，機(jī)會(huì)主義隊(duì)形和有助攻隊(duì)形，以適應(yīng)不同的比賽場(chǎng)地。角色決策主要負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的角色行為規(guī)劃，共享傳感信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)角色分配和站位協(xié)作。TJ-Ark主攻機(jī)器人的行為規(guī)