機器人足球賽

機器人足球賽簡介足球運動是一種大家非常喜愛的運動。讓機器人去踢足球，聽起來像天方夜譚似的。機器人也能去踢足球?而且，還是要組成一個隊伍，不同的機器人要互相配合？要知道，機器人要參加比賽必須要有自己的眼睛，自己的雙腿，自己的大腦，還得有自己的嘴——把自己的想法告訴別人，協(xié)同進行比賽?，F(xiàn)在的足球機器人還沒有做到像我們人一樣。據(jù)科學家估計，這得再過五十年，即2050年左右才能做到在一個真的足球場地上，與我們人的比賽規(guī)則一樣的條件下進行比賽。到那時可能電視轉播的體育節(jié)目中機器人足球會占很大的比重。當然，這是猜測，目前為止，現(xiàn)實中在國際上最具影響力的機器人足球賽事組織有FIRA國際機器人足球聯(lián)合會和ROBOTCUP國際機器人足球世界杯賽。系列現(xiàn)在的足球機器人比賽有兩個系列：即ROBOCUP和FIRA。每年都要進行一次比賽。中國最早參加了FIRA比賽，東北大學代表隊和哈工大代表隊都取得了好成績。另外中國還參加了ROBOCUP系列的比賽。在2001年的ROBOCUP比賽中，清華大學代表隊獲得了世界冠軍。另外，中國人工智能學會在2001年成立了機器人足球專業(yè)委員會。機器人足球參加了科技申奧主題活動，還將參加2002年的世界杯足球賽。以上活動說明機器人足球在中國獲得良好的發(fā)展。類型機器人足球賽的主要類型分為半自主型（MIROSOT）、全自主型（ROBOSOT）、類人型（HUROSOT）、仿真型（SIMUROSOT）四種類型。FIRA世界杯發(fā)展歷程FIRA機器人足球比賽最早由韓國高等技術研究院（KoreaAdvancedInstituteofScienceandTechnology，KAIST）的金鐘煥（Jong-HwanKim）教授于1995年提出，并于1996年在KAIST所在的韓國大田市（Daejeon）舉辦了第一屆國際比賽。1997年6月，第二屆微機器人足球比賽（MiroSot97）在KAIST舉行期間，國際機器人足球聯(lián)盟（FederationofInternationalRobot-soccerAssociation，F(xiàn)IRA）宣告成立。此后FIRA在全球范圍內每年舉行一次機器人世界杯比賽（FIRACup），同時舉辦學術會議（FIRACongress），供參賽者交流他們在機器人足球研究方面的經(jīng)驗和技術。機器人足球系統(tǒng)的研究涉及非常廣泛的領域，包括機械電子學、機器人學、傳感器信息融合、智能控制、通訊、計算機視覺、計算機圖形學、人工智能等等，吸引了世界各國的廣大科學研究人員和工程技術人員的積極參與。更有意義的是，機器人足球比賽的組織者始終奉行研究與教育相結合的根本宗旨。比賽與學術研究的巧妙結合更激發(fā)了青年學生的強烈興趣，通過比賽培養(yǎng)了青年學生嚴謹?shù)目茖W研究態(tài)度和良好的技能。從1996年在韓國大田的KAIST舉辦第一屆MiroSot比賽至今，F(xiàn)IRA已經(jīng)舉行了七屆世界杯比賽，足跡遍布亞洲、歐洲、美洲和大洋洲，成為各類國際機器人競賽中最具水平和影響力的賽事之一。除了一年一度的世界杯比賽以外，每年還有許多地區(qū)性的FIRA機器人足球比賽。蓬勃發(fā)展的機器人足球比賽對機器人足球的研究起到了巨大的推動作用。FIRA機器人足球比賽的種類也由最開始的MiroSot不斷增加，目前已經(jīng)包括MiroSot、RoboSot、HuroSot、SimuroSot等多個類別。有的類別根據(jù)雙方參賽隊員數(shù)目不同還可以分為小型組、中型組和大型組等等。理論成果在FIRA比賽蓬勃開展的同時，有關機器人足球系統(tǒng)和機器人足球競賽的理論研究也取得長足進展。每一屆世界杯比賽之前，主辦者都會舉行培訓和研討班，并在比賽舉行的同時召開機器人足球專題的國際學術會議，例如前不久在韓國召開的2002FIRARobotWorldCongress，就錄用了來自26個國家的142篇論文。這些論文集中介紹了與機器人足球相關的視覺系統(tǒng)、運動規(guī)劃、動作設計、策略選擇等領域的最新研究成果。這些學術研討和交流活動，極大地促進了相關學科的理論研究。理論研究的成果使得機器人足球比賽的水平不斷提高。在1996年的第一屆MiroSot比賽中，大多數(shù)參賽隊使用的視覺系統(tǒng)的采集/處理速度僅為10幀/秒，機器人速度也不過50cm/s。僅過兩年，來自韓國的Keys隊，憑借他們高達每秒60次的視頻采集/處理速度和機器人2m/s的運動速度，在法國巴黎舉行的FIRA'98世界錦標賽中一舉奪魁，其足球機器人的表現(xiàn)讓人驚嘆不已。這些進步得益于電子和計算機技術的發(fā)展帶來了硬件性能的飛速提高。另一方面，有關足球機器人動作和策略的研究也成績顯著。早先的比賽當中，機器人之間缺乏合理的分工協(xié)作，很容易擠作一團。現(xiàn)在這種現(xiàn)象已不存在，隨著策略研究的不斷成熟，比賽的精彩程度也在不斷增加。學術研究機器人足球的研究贏得了學術界的廣泛認同，一些有影響的學術刊物例如TheJournalonRoboticsandAutonomousSystem，TheInternationalJournalofIntelligentAutomationandSoftComputing等都出版過機器人足球專輯，一些重要的國際學術會議也都進行過這方面的專題討論。比賽種類1.半自主型機器人足球：MiroSot2.全自主型機器人足球：RoboSot3.仿真機器人足球：SimuroSot4.超小型半自主機器人機器人足球：NaroSot5.超小型全自主機器人足球：KheperaSot6.類人機器人足球：HuroSot7.RoboCup機器人足球比賽種類8.11VS11仿真組比賽9.5VS5小型機器人組比賽10.小型機器人組標準比賽（每隊11人）11.中型機器人組比賽12.Sony四腿機器人比賽歷屆情況次數(shù)大會名稱大會日期大會地1MiroSot'96Korea1996.11Dacjeon2MiroSot'97Korea1997.6Dacjeon31998FIRACupFrance1998.6Paris41999FIRACupBrazil1999.8Campinas52000FIRACupAustralia2000.9Rockhampion62001FIRACupChina2001.8Beijing72002FIRACupKorea2002.5Busan,Dargu82003FIRACupAustria2003.9Vienna92004FIRACupKorea2004.10Busan關于FIRA中國1997年7月，國際機器人足球聯(lián)盟中國分會（簡稱FIRA中國分會）成立，分會設在哈工大，由洪炳镕教授擔任主席。同年中工智能學會下設機器人足球工作委員會，由洪炳镕教授同時擔任主任。此后的十年間，在FIRA中國分會的領導下，先后組織了七屆全國機器人足球錦標賽，有力地推動了國內機器人足球的研究和發(fā)展。RoboCup發(fā)展概況第二大系列的機器人足球比賽是RoboCup。RoboCup(RobotWorldCup）是一個國際性組織，1997年成立于日本。RoboCup以機器人足球作為中心研究課題，通過舉辦機器人足球比賽，旨在促進人工智能、機器人技術及其相關學科的發(fā)展。RoboCup的最終目標是在2050年成立一支完全自主的擬人機器人足球隊，能夠與人類進行一場真正意義上的足球賽。RoboCup至今已組織了八屆世界杯賽。比賽項目主要有：電腦仿真比賽（SimulationLeague1、小型足球機器人賽（Small—SizeLeague(F一180））、中型自主足球機器人賽（Middle—SizeLeague(F2000)1、四腿機器人足球賽Four—LeggedRobotLeague）、擬人機器人足球賽（Humanoidleague）等項目。除了機器人足球比賽，RoboCup同時還舉辦機器人搶險賽（RoboCupRescue）和機器人初級賽（RoboCupJunior）。機器人搶險賽是研究如何將機器人運用到實際搶險救援當中，并希望通過舉辦比賽能夠在不同程度上推動人類實際搶險救援工作的發(fā)展，比賽項目包括電腦模擬比賽和機器人競賽兩大系列。同時，RoboCup為了普及機器人前沿科技，激發(fā)青少年學習興趣，在1999年l2月成立了一個專門組織中小學生參加的分支賽事RobocupJunioro。夢想RoboCup聯(lián)盟的目標是通過提供引人矚目但又非常困難的挑戰(zhàn)，將RoboCup作為一個工具來促進人工智能和機器人學研究。促進這種研究的一個有效途徑是制定一個重大的長期目標。當這個目標完成時，將產(chǎn)生巨大的社會影響，這就可以稱之為重大挑戰(zhàn)計劃。制造一個會踢足球的機器人本身并不能產(chǎn)生巨大的社會和經(jīng)濟影響，但是這種成功的確會被認為是這個領域的重大成果。RoboCup在作為一個研究的標準問題的同時也是一個劃時代的計劃。RoboCup的最終目標是：到21世紀中葉，一支完全自治的人形機器人足球隊應該能在遵循國際足聯(lián)正式規(guī)則的比賽中，戰(zhàn)勝最近的人類世界杯冠軍隊。這個目標是人工智能與機器人學今后50年的一個重大挑戰(zhàn)。從目前的技術水平看來，這個目標可能是過于雄心勃勃了。但提出這樣的長期目標并為之而奮斗是非常有必要的。從萊特兄弟的第一架飛機到阿波羅計劃將人類送上月球并安全返回地球只花了50年。同樣，從數(shù)字計算機的發(fā)明到深藍擊敗人類國際象棋世界冠軍也只花了50年。可以預見到，建立人形機器人足球隊也需要大致相當?shù)臅r間及很大范圍內研究人員的極大努力，這個目標是不能在短期內完成的。一個成功的劃時代計劃必須完成一個非常引人注目而且能引起廣泛關注的目標。其重要問題是設定一個足夠高的目標，才能取得一系列為完成這個任務而必需的技術突破，同時這個目標也要有廣泛的吸引力和興奮點。另外，這些完成目標所需的技術必須是可以成為下一代工業(yè)基礎的技術。在RoboCup中，最終目標是“開發(fā)一支能戰(zhàn)勝人類世界冠軍隊的機器人足球隊?！保ǜm當?shù)哪繕耸恰伴_發(fā)一支能象人一樣踢球的機器人足球隊”）不用說，最終目標的實現(xiàn)，如果不是幾個世紀的話，至少也需要幾十年的努力。根據(jù)現(xiàn)在的技術水平，是不可能在短期內完成這個目標的。然而，這個目標可以很容易的創(chuàng)立一系列相應的子目標。對任何雄心勃勃的計劃來說，這種途徑是較普遍的。在美國太空計劃中，完成載人軌道飛行的Mercury計劃和Gemini計劃就是阿波羅計劃的前導。RoboCup第一個要完成的子目標是“創(chuàng)建真實的和軟件的機器人足球隊，在修改過的規(guī)則下很好的踢球”。即使完成這個目標都會毫無疑問的產(chǎn)生能影響很大范圍工業(yè)的技術。RoboCup發(fā)展簡史在人工智能與機器人學的歷史上，1997年將作為一個轉折點被記住。在1997年5月，IBM的深藍擊敗了人類國際象棋世界冠軍，人工智能界四十年的挑戰(zhàn)終于取得了成功。在1997年7月4日，NASA的“探路者”在火星成功登陸，第一個自治機器人系統(tǒng)Sojourner釋放在火星的表面上。與此同時，RoboCup也朝開發(fā)能夠戰(zhàn)勝人類世界杯冠軍隊的機器人足球隊走出了第一步。歷史發(fā)端機器人足球的最初想法由加拿大不列顛哥倫比亞大學的艾倫·馬克沃斯（AlanMackworth）教授于1992年提出。日本學者迅速對這一想法進行了系統(tǒng)的調研和可行性分析。1993年6月，包括淺田埝（MinoruAsada）、YasuoKuniyoshi和北野宏明（HiroakiKitano）在內的一些研究工作者決定創(chuàng)辦一項機器人比賽，暫時命名為RoboCupJ聯(lián)賽（J聯(lián)賽是剛創(chuàng)辦的日本足球職業(yè)聯(lián)賽的名字）。然而在一個月之內，他們就接到了絕大部分是日本以外的研究工作者的反應，要求比賽擴展成一個國際性的聯(lián)合項目。由此，他們就將這個項目改名為機器人足球世界杯賽（Robotworldcupsoccergames，簡稱RoboCup）。與此同時，一些研究人員開始將機器人足球作為研究課題。隸屬于日本政府的電子技術實驗室（ETL）的松原仁（ItsukiNoda）以機器人足球為背景展開多主體系統(tǒng)的研究，并已經(jīng)開始開發(fā)一個專用的足球比賽模擬器。這個模擬器后來成了RoboCup的正式足球比賽仿真平臺。日本大阪大學的淺田埝教授、美國卡內基－梅隆大學的Veloso教授（RoboCup聯(lián)盟現(xiàn)任主席）和她的學生PeterStone等也開展了同類工作。沒有這些先驅者的參與，RoboCup就不可能產(chǎn)生。由此，機器人足球迅速成長為國際人工智能和機器人學研究的一個重要主題和方向。1993年9月，RoboCup第一次發(fā)表公告，并草擬了明確的規(guī)則。于是，在很多會議和研討會上進行了關于組織和技術問題的討論，包括AAAI-94（美國人工智能聯(lián)合會會議），JSAI（日本人工智能學會）研討會以及其他機器人界的會議。同時，松原仁（Noda）在ETL的小組宣布了仿真比賽平臺初始版本（LISP版本），這是為進行多主體系統(tǒng)研究而開發(fā)的第一個足球領域的開放系統(tǒng)仿真平臺，后來又通過Web發(fā)布了1.0版本的仿真比賽平臺（C++版本）。這個仿真平臺的第一次公開演示是在IJCAI-95。1995年8月，在加拿大蒙特利爾召開的國際人工智能會議（IJCAI-95）上發(fā)表了公告，將在名古屋與IJCAI-97聯(lián)合舉辦首屆機器人世界杯足球賽及會議。同時，為了發(fā)現(xiàn)與組織大型RoboCup比賽有關的潛在問題，決定先舉辦Pre-RoboCup-96。作出這個決定是為了留出兩年的準備和開發(fā)時間，這樣研究小組就可以開始開發(fā)機器人和仿真的球隊，同時也能有時間籌集研究經(jīng)費。1996年11月4日到8日，在大阪的國際智能機器人與系統(tǒng)會議（IROS-96）上舉行了Pre-RoboCup-96。有8支球隊參加了仿真組比賽，并展示了參加中型組比賽的真正的機器人。雖然規(guī)模不大，但這是第一次將足球賽用于促進研究與教育的比賽。1997年，第一次正式的RoboCup比賽和會議獲得了巨大的成功。比賽僅設了機器人組和仿真組兩個組別，來自美國、歐洲、澳大利亞、日本等40多支球隊參加，5000多名觀眾觀看了比賽。從此，RoboCup作為機器人學和人工智能研究領域的最重要的活動之一蓬勃發(fā)展起來。比賽項目1模擬組比賽2小型機器人比賽3整隊小型機器人比賽，每隊包括11個機器人4中型機器人比賽5Sony有腿機器人比賽（由Sony贊助）6人形機器人比賽（從2002年開始，2002年前可能會有演示）7遙控機器人比賽（即將公布）8RoboCup評論員系統(tǒng)演示意義足球機器人比賽雖然剛剛開展幾年時間，但是它吸引了越來越多人的關注。因為它以喜聞樂見的方式走進了我們的視野，雖然它的體積很小，但是它的意義非常重大。它是綜合了計算機技術，自動化技術，機電一體化技術，人工智能技術，模式識別技術的一門綜合技術。足球機器人的核心技術是人工智能技術，它的目地是使機器具有人的智慧。它能使機器具有像人一樣的感知環(huán)境，向環(huán)境學習的能力。人工智能包括智能控制、機器感知、機器情感、專家系統(tǒng)、人工生命、神經(jīng)元網(wǎng)絡和遺傳算法等等。我們還能想起計算機“深藍”戰(zhàn)勝世界象棋冠軍嗎？這就是人工智能的成就?，F(xiàn)狀現(xiàn)在的足球機器人比賽還遠沒有達到我們想要達到的地步，現(xiàn)在的比賽完全是一種仿真式的比賽，現(xiàn)在的足球機器人比賽的場地按國際的規(guī)定為1.5米×1.3米場地。場地上有中線，有門區(qū)，這與我們的實際的比賽沒有什么太大的區(qū)別。每個足球機器人的車體按國際的規(guī)定不超過7.5cm×7.5cm×7.5cm.,（微