摘要.5ABSTRACT.錯誤!未定義書簽。第1章緒論.61.1引言.61.2多智能體的研究現(xiàn)狀及其應用.61.2.1多智能體系統(tǒng)（Multi-AgentSystem，簡寫為MAS）.61.2.2多智能體系統(tǒng)的理想研究平臺足球機器人.81.3足球機器人簡介.81.3.1足球機器人系統(tǒng)及其分類.81.3.2足球機器人的發(fā)展及現(xiàn)狀.111.4ROBOCUP概述.121.4.1RoboCup比賽介紹.121.4.2RoboCup中的關(guān)鍵技術(shù).141.4.3研究RoboCup的意義.151.5論文的主要工作.16第2章足球機器人的總體結(jié)構(gòu).182.1引言.182.2足球機器人系統(tǒng)構(gòu)成.182.3本實驗平臺硬件構(gòu)成.192.3.1機器人小車子系統(tǒng)構(gòu)成.202.3.2視覺子系統(tǒng)構(gòu)成.232.3.3通訊子系統(tǒng)構(gòu)成.262.3.4主計算機.272.4足球機器人管理系統(tǒng).282.4.1策略庫.292.4.2機器人管理器.302.4.3機器人函數(shù)庫.302.4.4命令解釋器.302.4.5路徑規(guī)劃器.302.5小結(jié).31第3章多智能體足球機器人系統(tǒng)的底層控制策略設計.323.1引言.323.2足球機器人的運動學、動力學分析.323.3球的運動學分析.343.4足球機器人的基本行為.363.4.1速控行為（Velocity）.363.4.2移動行為.363.4.3旋轉(zhuǎn)行為(Angle).373.5足球機器人的基本動作.393.5.1踢球（Kick）.393.5.2攔截(Block).413.5.3射門(Shoot).443.5.4守門(Goalkeep).463.5.5傳球(Pass).473.6小結(jié).50第4章多智能體足球機器人系統(tǒng)的高層控制策略設計.524.1引言.524.2控制策略的實現(xiàn)過程.524.3基于產(chǎn)生式規(guī)則的高層策略表示.554.4全場區(qū)域控制策略.584.4.1場地劃分.584.4.2具體控制規(guī)則.594.5隊形的確定.634.5.1隊形的定義.634.5.2隊形的確定.644.6角色分配及轉(zhuǎn)換機制.654.6.1角色效用.664.6.2角色的分配與轉(zhuǎn)換.674.7機器人的路徑規(guī)劃與避障.704.7.1中垂線法.714.7.2人工勢場法.724.7.3虛力場法.744.7.4柵格法.754.7.5慣性預測法.774.7.6基于極限環(huán)的路徑規(guī)劃方法.774.8小結(jié).84第5章足球機器人的仿真系統(tǒng).855.1引言.855.2仿真比賽環(huán)境.855.3仿真比賽運行機制.875.3.1SoccerServer的結(jié)構(gòu).875.3.2監(jiān)視器Monitor.905.4仿真體系結(jié)構(gòu).905.4.1服務器接口.915.4.2場上狀態(tài).915.4.3決策.925.5仿真球隊體系的建立.945.5.1客戶程序的體系結(jié)構(gòu).945.5.2客戶程序的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu).975.5.3球員基本戰(zhàn)術(shù)動作.1005.5.4仿真程序策略流程.1015.6仿真比賽實驗.1025.6.1服務器與客戶程序的連接.1025.6.2RoboCup的仿真比賽過程.1035.6.3RoboCup的仿真比賽實現(xiàn).1045.7小結(jié).106總結(jié).錯誤!未定義書簽。致謝.錯誤!未定義書簽。參考文獻.錯誤!未定義書簽。附錄（按區(qū)域決策程序）.錯誤!未定義書簽。第5頁摘要RoboCup足球機器人是人工智能領域?qū)Χ嘀悄荏w系統(tǒng)（MAS）研究的一個具有代表性的問題，是研究多智能體系統(tǒng)（MAS）的理想平臺，可以通過研究RoboCup足球機器人來重點突破MAS的關(guān)鍵技術(shù)。它綜合了機器人學、機電一體化技術(shù)、通訊與計算機技術(shù)、機器視覺與傳感器融合技術(shù)、決策與對策、智能控制等多學科高新技術(shù)。足球機器人系統(tǒng)是由機器人小車、視覺系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、決策系統(tǒng)四個子系統(tǒng)組成。本文對微型足球機器人決策子系統(tǒng)中的各種策略算法（底層策略和高層策略）做重點研究并實現(xiàn)了其部分代碼。首先介紹了足球機器人目前的發(fā)展狀況，以及足球機器人系統(tǒng)的組成，研究了機器人足球比賽的必需的基本運動和基本動作，如踢球、射門、傳球、守門等基本動作算法。然后在基本運動和基本動作的基礎上，采用基于產(chǎn)生式的設計方法進行了足球機器人高層策略的研究，同時，根據(jù)比賽動態(tài)、實時的特點，對各種現(xiàn)有的路徑規(guī)劃方法進行了比較，用基于極限環(huán)的路徑規(guī)劃方法在有眾多障礙物的環(huán)境下，使機器人可找到一條較優(yōu)化的路徑。然后對機器人足球仿真比賽系統(tǒng)作了研究,并調(diào)試了單攻、配合進攻及11對11比賽的仿真結(jié)果。關(guān)鍵詞：多智能體系統(tǒng)；足球機器人；路徑規(guī)劃；仿真比賽第6頁第1章緒論1.1引言人工智能作為一門獨立的研究學科，始于二十世紀五十年代。隨著自動化信息技術(shù)的迅速發(fā)展，特別是計算機這一強有力的運算工具的進步，對人工智能的系統(tǒng)研究半個多世紀以來，己取得了一系列成果，從“深藍”系列計算機解決的單智能體靜態(tài)可預測環(huán)境中的問題求解，到最近的多智能體動態(tài)不可預測環(huán)境中的問題求解，成為了人工智能研究的代表性問題1。由于機器人足球賽的特點，決定了足球機器人的機-機對抗和人-機對抗正是研究多智能體理論的一個合適平臺。本章首先介紹了多智能體基本概念，然后介紹了足球機器人目前的發(fā)展狀況，對論文所作的主要工作作了分析。1.2多智能體的研究現(xiàn)狀及其應用1.2.1多智能體系統(tǒng)（Multi-AgentSystem，簡寫為MAS）智能體(Agent)是分布式人工智能（DistributedArtificialIntelligence）的一個術(shù)語，是指運行于特定環(huán)境，根據(jù)自身或環(huán)境的需求做出相應的反應，并且一旦形成某一特定目標時，能運用擁有的知識、能力達到這一目標的實體2。這里所說的知識是指包括智能體所處的環(huán)境或它所要求解決問題的描述。它可以包括領域知識、通訊知識、控制知識等。能力是指智能體具有推理、決策、規(guī)劃、控制等能力，其能力可以是預先給定，或通過通訊獲得。第7頁目標可以是靜態(tài)目標也可以是動態(tài)目標，它可以通過算法編入、預先給定或通過通訊獲得3。所謂多智能體系統(tǒng)是由多個智能體組成的集合。在多智能體系統(tǒng)中主要研究的問題是將一個集團（群體）要完成的目標和任務分配給各智能體使各智能體根據(jù)總目標，通過相互協(xié)商、協(xié)調(diào)來完成任務4。根據(jù)MAS的特點，它適用于如下情形的問題研究5：（1）分布式結(jié)構(gòu)的對象（2）復雜的計算（3）柔性的相互關(guān)系（4）動態(tài)變化的環(huán)境當待求解問題具有以上特性時，用MAS的理論或技術(shù)來處理是非常適合的。典型的應用如下6：足球機器人智能交通管理與控制智能制造系統(tǒng)電子商務醫(yī)療信息系統(tǒng)工作流程管理系統(tǒng)論文研究的足球機器人就是研究多智能體系統(tǒng)的理想平臺。第8頁1.2.2多智能體系統(tǒng)的理想研究平臺足球機器人為什么足球機器人會成為研究多智能體的理想平臺？這是由機器人足球比賽的特點所決定。一、足球機器人比賽是一個機器人群體對另一個機器人群體對抗的多機器人系統(tǒng)。雙方都為了一個共同目標，不但發(fā)揮個人技能，而且必須發(fā)揮集體力量，共同合作與協(xié)同；二、在比賽場地上，雙方的形勢是時時刻刻變化的。雙方機器人必須實時了解我方和對方陣營布局的動態(tài)變化，并根據(jù)這一變化判斷出目前的形勢，重新組織隊伍，這是機器人群體的動態(tài)組織過程；三、比賽雙方除了要進行實時的判斷之外，還要在己方各智能體之間通過相互間的通信來進行協(xié)調(diào)。這是機器人之間的協(xié)調(diào)機制和實時知識處理的問題7；綜上所述，足球機器人比賽不僅包含多智能體系統(tǒng)要研究的全部內(nèi)容,而且通過比賽來驗證各方策略的優(yōu)劣。因此可以說足球機器人比賽是研究多智能體系統(tǒng)的標準實驗平臺，是繼計算機象棋之后出現(xiàn)的人工智能研究的第二個里程碑8。1.3足球機器人簡介1.3.1足球機器人系統(tǒng)及其分類足球機器人賽顧名思義是用機器人來完成的足球比賽。因其涉及實時視覺信息處理、無線通信、多機器人協(xié)作等多項高新技術(shù)，具備MAS系統(tǒng)的全第9頁部基本特點，因而成為多智能體技術(shù)研究中的一個理想研究平臺9。專家學者希望通過研究足球機器人技術(shù)來重點突破MAS的各項關(guān)健技術(shù)，對MAS系統(tǒng)的各個標準問題和典型問題進行試驗驗證。一套典型的足球機器人系統(tǒng)通常具備如下四個基本部分：足球機器人、視覺子系統(tǒng)、決策子系統(tǒng)和無線通信子系統(tǒng)。視覺子系統(tǒng)用來獲得比賽信息，包括足球和球員的位置等；決策子系統(tǒng)用來進行攻、防決策并協(xié)調(diào)隊員間的相互配合問題：隊員間的相互溝通通過無線通信子系統(tǒng)完成，足球機器人則用來完成要求的運動10。根據(jù)足球機器人的工作模式可將系統(tǒng)分為兩大類：基于視覺集中控制型足球機器人系統(tǒng)和基于機器人的分布控制型足球機器人系統(tǒng)11。1、基于視覺的集中控制型足球機器人系統(tǒng)在這種系統(tǒng)中，每個足球機器人只負責根據(jù)主機發(fā)送來的運動指令實現(xiàn)要求的動作，視覺數(shù)據(jù)處理、行動策略決策以及機器人的控制參數(shù)都在一臺主機上完成，所有足球機器人的行為都由主機通過無線方式控制。2、基于機