一種全自主足球機器人體系結構的設計和實(shí)現

足球運動(dòng)是一種大家非常喜愛(ài)的運動(dòng)。讓機器人去踢足球，聽(tīng)起來(lái)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(gè)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(jìn)行比賽?，F在的足球機器人還沒(méi)有做到像我們人一樣。據科學(xué)家估計，這得再過(guò)五十年，即2050年左右才能做到在一個(gè)真的足球場(chǎng)地上，與我們人的比賽規則一樣的條件下進(jìn)行比賽。到那時(shí)可能電視轉播的體育節目中機器人足球會(huì )占很大的比重。當然，這是猜測，目前為止，現實(shí)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(huì )和ROBOTCUP國際機器人足球世界杯賽。

　　舉辦機器人世界杯足球賽的目的是為了促進(jìn)分布式人工智能研究的發(fā)展。通過(guò)提供一個(gè)標準任務(wù)，使研究人員能夠利用各種技術(shù)獲得更好的解決方案，從而有效促進(jìn)各領(lǐng)域的發(fā)展。研究中涉及的領(lǐng)域有：智能機器人系統、多智能體系統、實(shí)時(shí)模式識別與行為系統、智能體結構設計、實(shí)時(shí)規劃和推理、基于網(wǎng)絡(luò )的三維圖形交互、傳感器技術(shù)等。

　　足球機器人比賽雖然剛剛開(kāi)展幾年時(shí)間，但是它吸引了越來(lái)越多人的關(guān)注。因為它以喜聞樂(lè )見(jiàn)的方式走進(jìn)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(shù)，自動(dòng)化技術(shù)，機電一體化技術(shù)，人工智能技術(shù)，模式識別技術(shù)的一門(mén)綜合技術(shù)。足球機器人的核心技術(shù)是人工智能技術(shù)，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(xué)習的能力。人工智能包括智能控制、機器感知、機器情感、專(zhuān)家系統、人工生命、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò )和遺傳算法等等。本文提出了一個(gè)全自主足球機器人的體系結構。以各種傳感器模擬人的五官，以嵌入式計算機模擬人的頭腦，以雙輪和踢球器模擬人的四肢，以無(wú)限網(wǎng)絡(luò )通信模擬多人踢球，用信息溝通實(shí)現配合，再加上控制軟件就可以實(shí)現踢球所需的各種功能。

　　1 硬件體系結構

　　全自主足球機器人的硬件體系結構由六部分組成，即嵌入式計算機、視覺(jué)系統、超聲波定位避障系統、無(wú)線(xiàn)通信系統、運動(dòng)系統和電源系統。機器人的核心是嵌入式計算機，負責視覺(jué)信息處理、機器人定位與導航以及行為決策，相當于機器人的大腦。而視覺(jué)系統則相當于機器人的眼睛，負責實(shí)時(shí)地提供環(huán)境信息，使決策模塊能夠針對賽場(chǎng)上的動(dòng)態(tài)環(huán)境迅速做出反應。超聲波定位避障系統可以讓機器人避開(kāi)前方的障礙物，并能算出距前方障礙物或邊墻的距離。運動(dòng)系統負責驅動(dòng)機器人本體移動(dòng)、攝像機的旋轉和踢球裝置的運轉。無(wú)線(xiàn)通信系統是多機器人合作及軟件系統開(kāi)發(fā)的基礎。電源系統采用直流充電電池，為以上所有部件提供電能。機器人車(chē)體采用鋁合金材料，極大地減輕了機器人的重量。足球機器人的硬件體系結構如圖1所示。