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FIRA机器人足球仿真5vs5平台技术研究摘要：本文旨在研究FIRA机器人仿真足球比赛平台。多智能体系统是分布式人工智能的一个主要领域，而机器人足球是典型的对智能体系统，又是研究分布式人工智能的理想平台，在多能体系统中，不但研究了每个智能体本身的体系结构，而且着重的研究了多智能体之间的协调与合作问题，为了使进攻和防守策略设计的更有效，策略中采用场地分区将机器人进行详细的任务分工，使得每个机器人个体能够达到很好团队合作。本文总结了几个机器人足球仿真的主要技术特点和对它们进行的研究分析，经过仿真平台测试有效。关键词：FIRA多智能体机器人足球仿真分布式测试平台一、引言足球机器人系统是近年来十分活跃的高科技竞技系统。机器人足球系统融合了机器人学、机电一体化、通讯与计算机技术、图像处理、传感器数据融合、决策与对策、模糊神经网络、人工生命与智能控制等学科内容，是研究多智能体系统理论的良好实验平台。各种先进的方法和理论都在其中得到使用和验证。5vs5足球机器人仿真是多机器人合作的典型代表。其控制系统包括3个子系统：视觉子系统（实时检测场上信息）、决策子系统和机器人(小车)系统。决策系统的任务是根据比赛场上的态势做出是进攻还是防守的决定，给己方的每个机器人分配角色，并且协调不同机器人之间的合作，这一系列动作都是通过控制机器人左右轮的速度来实现的。比赛成功与否很大程度上决定于策略系统的性能和可靠性。图1策略流程结二、决策系统描述足球机器人决策系统是整个产品数据管理系统的核心，它包含了产品的处理处理的核心功能和应用逻辑，有三个子层组成：基础服务与设施、管理控制层、核心功能层。分别对应CORBA规范中的OMA体系结构放入对象服务、通用设施、领域接口和应用接口。（1）基础服务与设施基础服务与服务层建筑在异构环境层之上，该层的主要目的是隐藏在复杂技术细节与硬件特性，屏蔽异构环境，为管理控制层提供统一的编程接口、交互协议，如HTTP、TCP/IP协议、HOP等，从而保证系统的跨平台的能力和在不同的应用系统之间数据交换的能力。基础服务与设施层以OMG的CORBA、CORBA、CORBAService、CORBAFacility为基础，具备对象通信、命名服务、事务处理、数据接口等功能。该层还包括数据传送、数据转换等功能，以响应核心功能子层的数据访问请求，对核心功能子层屏蔽数据访问具体细节，并支持客户端与中间层与数据服务器间的数据同性。（2）管理控制层提交提取预处理SEE角色分配ACTION行为模式END环境信息管理控制层可以完成产品数据管理系统的使能器，它的CORBA构件对象技术开发。该层实现基本的对象模型以及系统的管理安全，提供对产品数据对象的存取访问控制和完整性、一致性维护。该层主要有监护服务器、访问服务器、安全控制器以及数据分布于复制对象组成。在该层中，监控服务器最为智能的监控分布对象，接受用户访问请求，对用户的身份及访问权限验证之后，若有足够的权限则自动判别被操作信息所处的的数据库仓库和状态等信息，并向相应的服务器发出文件读写请求，同时将对产品数据对象信息的完整性和一致性进行控制，否则向用户返回访问被拒绝的消息。访问服务器的作为之间操作分布式数据仓库中电子文档的分布对象，它主要提供工具软件需要的信心以及将处理过的纤细保存起来。安全控制器，保证对所有数据的操作都是合法的，禁止系统外的非法分布对象产品数据任何访问。数据分布与复制对象模块负责分布式数据库和数据仓库中数据的同步更新维护，及时更新各数据库和数据舱中的不同信息，以保证用户能够随时得到正确的信息。（3）核心功能层这个子层完成产品数据结构管理系统的核心功能，如过程管理、权限管理、属性管理、产品数据存取控制，以及一致性和完整性维护、文档管理、零部件管理、数据处理流程管理、冲突管理和资源调度等功能。核心功能层中的各个模块只是对产品数据管理，以及对数据处理流程的管理（4）三、机器人动作层设计动作层定义了需要多个控制周期才能完成的轮式机器人动作。动作层主要解决的是机器人运动控制问题，包括基本动作、技术动作、战术动作和组合动作。（1）基本动作：对应于机器人足球的基本须知训练，比如踢定点球、移动、转角等。（2）技术动作：是在基本动作的基础之上，利用基本动作沿一定的轨迹运动，达到一定的技巧性目的，包括射门、拦截、传球、防守，解围等技巧性进攻和防守动作。（3）组合动作：在基本动作、技术动作的基础之上，或一些相同性质的特殊动作组合而成，并有单个机器人完成的，如避障、守门员的特殊动作等。（4）战术动作：是指有2各或两个以上的机器人通过相互配合才能完成的，或者是为实现某个特定的战术意图的动作，这个动作需要在上层策略中进行多智能体统一调度，需要利用多个机器人进行相互之间的配合，如一传一射、二过一、多过多、底线传中等。基本动作负责机器人运动指令与轮速指令之间的转换，实现机器人的基本功能，技术动作是已基本的动作为基本功能，而组合动作是以技术动作各和战术动作为基础的。四类动作的层次就像对台阶一样，一步一步向上堆，底层的动作是实现上层动作的保证，如图所示：为了达到真正机器人在动态环境中高效率的完成比赛人去，需要将一些动作作为机器人的基本行为，也就是原始、不能再划分的行为，因此将上述基本动作和技术动作2个层次作为机器人的基本行为。这些基本行为建立就相当于完成了培养基本机器人行为的任务，从而将机器人培养成了具有基本技术的运动员，为赢得比赛打下技术基础。四、队形和角色定义己方队员队形是根据球在分区及对方机器人的位置决定，当进入一个周期初始状态时，场地信息已经通过初始化程序纪录，即我方已经全部获得场地信息，只需对场上信息进行分析，作出相应的决策，形成一定的阵形行动。所以，只需分析对方场地信息，进行对策。我们把足球机器人的角色归纳为三大类:(1)第一类是能在开球瞬间完成简单开球任务的足球机器人角色，例如:点球角色、门球角色、争球角色、任意球角色等。(2)第二类是能完成特定踢球任务的足球机器人角色，例如:弧线射门角色，直射门角色，前场边界球处理角色，后场边界球处理角色，中路却球角色，防守角色等。简单看来，场上的机器人的状态只有两种可能，一种是踢球，一种是跑位，第一、第二类角色就是用来“踢球”的机器人角色。(3)第三类角色是能够跑到球场的固定的位置等候机会的角色。角色的设计是基于动作层的基础上的。角色设计完成以后，角色就具有了自己的意义，我们可以把角色看成能完成某种任务的逻辑单元，或者是逻辑智能体，该单元具有在特定条件下能按照某种概率完成特定任务的特点。角色具有这种特点的属性可以被看做一类知识或者规则，这类知识为队形的设计提供依据。五、对抗战术和战略足球机器人的队形的目标就是将球踢向某个方向或者是某个区域。而我们足球机器人系统的决策过程根据球的位置信息以及对方机器人的位置信息确定队形，然后忠实地执行该队形内容的过程。我们的目标是通过执行某个决策过程，使场上的形势达到对我方有利的状态。我们把场地分为五个区:图2场地划分足球机器人仿真程序是椐据从环境参量中获取的信息执行相应的策略，并将处理的数据存储在服务器上，以便下次获取信息。预处理开始送入场地信息判断分区执行分区i策略图3总流程图球在所在区所执行相应的分区策略（注：根据球的坐标及球门中心的一点坐标所确定的直线与禁区边界或门区边界产生的交点即为防守员的占位位置。）分区1：即球在禁区内。则主要对三个机器人分配角色参与防守。另外两个机器人根据球的位置在禁区外占位，等待传球。防守员1的防守策略：1）、若离球最近的敌方机器人在禁区外，则让防守员1在禁区线上阻挡它。2）、若离球最近的敌方机器人在禁区内，则让防守员1在禁区边界上阻挡离球次近的敌方机器人。3）、若离球第三个近的敌方机器人在禁区外，则让防守员1在禁区边界盯人。4）、除些情况，按正常情况占位，盯球。是否犯规？是否PlaceKick？是否Penalty?是否FreeKick？是否GoalKick？是否FreeBall？结束是否结束？PlaceKickFreeBallPenaltyFreeKickGoalKick否是是是是是否是是否否否否否防守员2的防守策略：1）、若离球最近的敌方机器人在场地边界附近时，如果防守员2先擒住球则直接将将球推出禁区外，如果是守门员先擒住球则让防守员2迅速地跑到守门员后方去助推球。2）、除此情况，防守员2在门区边界按正常情况占位及踢球。即球处于无人控球状态时，它去抢球，若球处于我方控球则它去盯人。守门员的防守策略：1）、若离球最近的敌方机器人在场地边界附近时，则它去抢球，直接将将球推出禁区外。2）、除此情况，守门员直接盯球。图4球在1区的防守图示分区2：主要对三个机器人分配角色参与防守。另外两个机器人去抢球。防守员1的防守策略：配合防守员2在禁区边界占位及踢球。防守员2的防守策略：1）、若防守员1出击踢球状态，则它在门区边界替补防守员1的位置。2）、若防守员1处于占位状态，则它去盯人。守门员的防守策略：盯球。图5球在2区的防守图示分区3、4、5主要对三个机器人分配角色参与进攻。另外两个机器人在后方防守。防守员2的防守策略：防守员处于占位状态守门员的防守策略：盯球。三个进攻的机器人策略：若球在3区将球带到4区，若门区外对方机器人防守严密则就将球带到5区，用两个机器人一起将球推到球门区内；若在4区防守稀疏则将球带到门区正对面，采用直射或弧线射门。图图6球在3、4、5区的进攻图示六、总结FIRA机器人足球仿真5vs5比赛中的一个球队可以认为是一个比较典型对智能体系统，仿真足球机器人策略具有严密的防守和强势的进攻，在这策略中球员（小车）的技能很全面，可以避障和准确地跑位，具备了MAS的系统特点，因此仿真比赛的研究成果可以应用到许多智能体系统中，如机器人太空探险、机器人搜索与救援等对智能体系统中。FIRA技术的应用具有普遍性，还可以应用到如空战模拟、信息代理、模拟现实、模拟企业等领域。七、参考文献[1]张胜利、谢培军，RoboCup机器人足球仿真比赛开发设计流程，维普资讯，2003年12月第27卷第12期。[2]戴皓、李小坚，机器人足球比赛策略仿真系统的设计与建模，维普资讯，2004年3月第16卷第1期。[3]韩学东、洪炳熔、孟伟，机器人足球射门算法研究[J]，哈尔滨工业大学学报，2003，8（3）：272-275。[4]吴丽娟、翟玉人、徐心和，足球机器人系统角色分配策略的设计，基础自动化，第7卷第1期，2000年2月，4页-6页。