RoboCup四腿机器人决策系统的研究与实现

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1、摘要摘要RoboCup机器人足球世界杯赛是近年来国际人工智能和机器人相关领域的研究热点，为动态不可预测性环境中多主体系统的研究提供了典型的背景和共同的问题。本文以SonyERS一7型四腿机器人为研究对象和实验平台，以RoboCup四腿组比赛为直接目标，就个体机器人软件体系结构的设计，决策系统层次结构的确定，以及决策系统中技能、角色和协作的实现等关键问题进行了分析和研究，并在此基础上设计实现了同济大学四腿机器人组(TJ-Ark)参加RoboCup2006四腿组比赛的机器人决策系统。RoboCup四腿机器人足球比赛

2、是一个典型的多主体动态不确定性环境，并具有对抗性。在比赛中，不同球队的机器人之间的关系是对抗的、竞争的；同队的机器人之间则是合作的、互助的。为了完成动态不确定环境下的复杂任务，个体机器人需要与团队中的其他机器人进行交互协作。因而，在设计其体系结构时，不仅要考虑机器人个体的行动能力和感知能力，还需要考虑多个机器人间通信能力、任务分配能力和决策能力的实现。TJ—Ark四腿机器人系统软件体系结构由五个子系统构成，即动作控制子系统、视觉子系统、定位子系统、通信子系统和决策子系统，满足了实现RoboCup比赛分布式多机器

3、人系统的需要。TJ—Ark机器人决策系统采用混合式结构，分为两个软件层次实现：技能决策和高层决策，高层决策还可以更详细地分作组队决策和角色决策两层。其中，技能决策的实现采用反应式结构，高层决策设计采用慎思式结构。实践证明，这种混合式的决策系统结构集反应式和慎思式系统结构的优点于一体，灵活有效。找球和跟球，走向球，抓球，带球以及主动定位这5个基本技能决策的设计与实现，使机器人具有了最基本的智能和对环境的反应能力。实现机器人跟球和找球技能的关键是组合控制机器人的腿部动作和头部动作。曲线走向球技能专门为球在自方球门附

4、近及球场边缘的情况设计，避免了将球误碰入自方球门和碰出球场。抓球技能通过配合控制四腿机器人的头部，下巴以及前腿实现。采用抓球技能控球，即使在被对方推挤的情况下，机器人也不容易丢球。带球技能的设计是为了使机器人成功抓球后，能够带球调整位置。主动定位技能通过控制机器人头部看定位协方差最大方向上的标志杆，以提高定位精度，从而保证了决策的正确性和准确性。摘要高层决策中，设计组队决策的目的在于使多机器人系统在比赛中能够灵活地选择组队队形。TJ—Ark决策系统设计了两种组队队形，机会主义队形和有助攻队形，以适应不同的比赛场

5、地。角色决策主要负责实现机器人的角色行为规划，共享传感信息进行动态角色分配和站位协作。TJ-Ark主攻机器人的行为规划主要通过对场地进行分区实现。TJ—Ark守门员角色决策采用新的决策判断结构和站位算法，实现了反应灵敏，防守强健的守门员。在共享传感信息的基础上使用角色投标公式进行动态角色分配，并运用人工势场法确定比赛中助攻和防守机器人的站位，实现了四腿机器人足球比赛中的机器人决策系统。仿真和实验结果，以及在RoboCup2006国际比赛中获得的成绩共同验证了本机器人决策系统的有效性．关键词：四腿机器人足球比赛，

6、多主体系统，对抗性环境，动态角色分配与协作，人工势能场JIAbstractInrecentyears，RoboCupbecomesakeenresearchfocusintheinternationalAI，roboticsandrelatedfields．ItprovidesatypicalbackgroundandcommonissuefurtheresearchonMASindynamicunpredictableenvironment．AimatRoboCupleggedrobotSOCCercompe

7、tition,thispaperanalyzesthedesignofindividualagentsoftwarearchitectureandthehierarchyofstrategysystem．Moreover,thispaperalsodiscussesseveralkeyproblemsofstrategysystemdesignbytakingexperimentsonSonyERS一7ABIOrobot,suchasskills，rolesandmulti-agentcoordination．

8、Onthebaseoftheseanalyses，thispaperpresentstherobotstrategysystemofTongjiUniversityleggedrobotteam(TJ-Ark)．，whichwasusedinRoboCup2006leggedrobot$oo∞rcompetition．Four-leggedrobot800ccrcompetitioni