一種全自主足球機(jī)器人體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

足球運(yùn)動(dòng)是一種大家非常喜愛的運(yùn)動(dòng)。讓機(jī)器人去踢足球，聽起來像天方夜譚似的。機(jī)器人也能去踢足球？ 而且，還是要組成一個(gè)隊(duì)伍，不同的機(jī)器人要互相配合？要知道，機(jī)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(xiàn)在的足球機(jī)器人還沒有做到像我們?nèi)艘粯?。?jù)科學(xué)家估計(jì)，這得再過五十年，即2050年左右才能做到在一個(gè)真的足球場地上，與我們?nèi)说谋荣愐?guī)則一樣的條件下進(jìn)行比賽。到那時(shí)可能電視轉(zhuǎn)播的體育節(jié)目中機(jī)器人足球會占很大的比重。當(dāng)然，這是猜測，目前為止，現(xiàn)實(shí)中在國際上最具影響力的機(jī)器人足球賽事組織有FIRA國際機(jī)器人足球聯(lián)合會和ROBOTCUP國際機(jī)器人足球世界杯賽。

　　舉辦機(jī)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。通過提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)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(jī)器人系統(tǒng)、多智能體系統(tǒng)、實(shí)時(shí)模式識別與行為系統(tǒng)、智能體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、實(shí)時(shí)規(guī)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(jī)器人比賽雖然剛剛開展幾年時(shí)間，但是它吸引了越來越多人的關(guān)注。因?yàn)樗韵猜剺芬姷姆绞阶哌M(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(jì)算機(jī)技術(shù)，自動(dòng)化技術(shù)，機(jī)電一體化技術(shù)，人工智能技術(shù)，模式識別技術(shù)的一門綜合技術(shù)。足球機(jī)器人的核心技術(shù)是人工智能技術(shù)，它的目地是使機(jī)器具有人的智慧。它能使機(jī)器具有像人一樣的感知環(huán)境，向環(huán)境學(xué)習(xí)的能力。人工智能包括智能控制、機(jī)器感知、機(jī)器情感、專家系統(tǒng)、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(jī)器人的體系結(jié)構(gòu)。以各種傳感器模擬人的五官，以嵌入式計(jì)算機(jī)模擬人的頭腦，以雙輪和踢球器模擬人的四肢，以無限網(wǎng)絡(luò)通信模擬多人踢球，用信息溝通實(shí)現(xiàn)配合，再加上控制軟件就可以實(shí)現(xiàn)踢球所需的各種功能。

　　1 硬件體系結(jié)構(gòu)

　　全自主足球機(jī)器人的硬件體系結(jié)構(gòu)由六部分組成，即嵌入式計(jì)算機(jī)、視覺系統(tǒng)、超聲波定位避障系統(tǒng)、無線通信系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)和電源系統(tǒng)。機(jī)器人的核心是嵌入式計(jì)算機(jī)，負(fù)責(zé)視覺信息處理、機(jī)器人定位與導(dǎo)航以及行為決策，相當(dāng)于機(jī)器人的大腦。而視覺系統(tǒng)則相當(dāng)于機(jī)器人的眼睛，負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)地提供環(huán)境信息，使決策模塊能夠針對賽場上的動(dòng)態(tài)環(huán)境迅速做出反應(yīng)。超聲波定位避障系統(tǒng)可以讓機(jī)器人避開前方的障礙物，并能算出距前方障礙物或邊墻的距離。運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人本體移動(dòng)、攝像機(jī)的旋轉(zhuǎn)和踢球裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)。無線通信系統(tǒng)是多機(jī)器人合作及軟件系統(tǒng)開發(fā)的基礎(chǔ)。電源系統(tǒng)采用直流充電電池，為以上所有部件提供電能。機(jī)器人車體采用鋁合金材料，極大地減輕了機(jī)器人的重量。足球機(jī)器人的硬件體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。