【自動化專業(yè)畢業(yè)論文】Robocup機器人足球賽3D仿真應用程序設計.doc

南京工程學院 自動化學院 本科畢業(yè)設計（論文）題目： robocup 機器人足球賽3d仿真 應用程序設計 專 業(yè)： 自動化（數(shù)控技術應用） 班 級： 學 號： 學生姓名： 指導教師： 起迄日期： 設計地點： _（times new roman字體）graduation design (thesis)design of 3d simulation application program for robocup robotbyxu bingsupervised byprof. zhu huaassociate prof. zhang kailindepartment of automation engineeringnanjing institute of technologyjune, 2007南京工程學院自動化學院本科畢業(yè)設計（論文）宋體加黑三號空一行空一行摘 要本論文設計完成的足球隊由11個自治的智能軟件組成。它們能在足球比賽的服務器上依靠自治的智能軟件互相比賽。足球比賽的服務器提供一個實時的、全分布式的、多智能體比賽環(huán)境，各個隊員之間互相協(xié)作努力進球，達到贏得比賽的目的。仿真服務器模擬一個真實復雜的、有噪聲的環(huán)境，智能體具有有限的物理能力，且受比賽規(guī)則制約。本論文重點介紹了robocup3d的仿真環(huán)境、基于spades仿真平臺的智能體與服務器的通訊。本論文的主要成果包括：與正文空兩行正文，宋體小四號，行距20磅關鍵詞：機器人；xxx；xxx；xxx；xxx（3-5個，分號分隔，末尾不加符號）iii南京工程學院自動化學院本科畢業(yè)設計（論文）黑體加粗小四號（摘要是設計或論文內容不加注釋和評論的簡短陳述，應以第三人稱陳述。它應具有獨立性和自含性，即不閱讀設計或論文的全文，就能獲得必要的信息。摘要的內容應包含與設計或論文同等量的主要信息，供讀者確定有無必要閱讀全文，也供文摘等二次文獻采用。摘要一般應說明研究工作目的、實驗研究方法、結果和最終結論等，而重點是結果和結論。摘要中一般不用圖、表、化學結構式、計算機程序，不用非公知公用的符號、術語和非法定的計量單位。摘要頁置于英文題名頁后。 中文摘要一般為300-500漢字左右，用小四號宋體。 關鍵詞是為了文獻標引工作從論文中選取出來用以表示全文主題內容信息款目的單詞或術語。一般每篇論文應選取35個詞作為關鍵詞，關鍵詞間用分號隔開，最后一個詞后不打標點符號。以顯著的字符排在同種語言摘要的下方。如有可能，盡量用漢語主題詞表等詞表提供的規(guī)范詞。）times new roman 三號，加黑空一行空一行abstractthe football team designed is a robotic soccer simulation team that consists of eleven autonomous software agents. it operates in a physical soccer simulation system called soccer server which enables teams of autonomous software agents to play a game of soccer against each other. the soccer server provides a fully distributed and real-time multi-agent environment in which teammates have to cooperate to achieve their common goal of winning the game. the soccer server simulates many real-world complexities such as noise in object movement, noisy sensors and actuators, limited physical abilities and is restricted by competition rules.the simulation environment of robocup3d, the communication between agent and server in the simulation which is based on spades are introduced emphatically. the main works finished and results obtained are as follows: .（英文摘要另起一頁，內容應與“中文摘要”基本對應。使用第三人稱，用現(xiàn)在時態(tài)編寫，須強調過去已完成的工作時可采用過去和現(xiàn)在完成時，并盡可能采用被動語態(tài)。）（小四號，times news roman 字體，行距20磅）與正文空兩行key words： robot; xxx; xxx; xxx; xxx南京工程學院自動化學院本科畢業(yè)設計（論文）times new roman小四號，末尾不加符號times new roman加粗小四號黑體三號空一行目 錄空一行 宋體四號加粗宋體小四第一章 緒論1 1.1 工程xxx1 1.1.1 xxx1 1.1.2 xxx2 1.2 xxx3 1.2.1 xxx3 1.2.26第二章 xxx12第六章 結論68 6.1 xxx68致謝79參考文獻80附錄a：硬件設計原理圖與pcb圖81附錄b：軟件程序清單90附錄c：其它資料（根據(jù)各課題具體）108附件： 畢業(yè)論文光盤資料 目次頁：設計或論文應有目次頁。目次頁由設計或論文的章、節(jié)、條、附錄、題錄等的序號、名稱和頁碼組成，另起一頁排在摘要頁之后，章、節(jié)、小節(jié)分別按相應要求標出。此文本框讀后刪除！南京工程學院自動化學院本科畢業(yè)設計（論文）（空一行）第一章 緒 論（章標題）：宋體、加粗、三號 （空一行）1.1 引言（節(jié)標題：宋體、加粗、四號；行間距與正文一致為20磅，增加段前和段后分別為0.5行）robocup(robot world cup)，即機器人世界杯足球賽，以mas（多智能體）和dai（分布式人工智能）為主要研究背景，是一個鼓勵研究人工智能和智能機器人技術的嘗試，其主要目的是通過提供一個標準的、易于評價的比賽平臺，促進dai和mas的研究與發(fā)展。而訓練和制造機器人進行足球比賽的設想首先是由加拿大不列顛哥倫比亞大學的教授alan mackworlh 在1992年的論文on seeing robots中提出的，他認為機器人足球比賽是很好的機器人和ai研究的實驗平臺。robocup提供一個將人工智能和機器人技術等許多技術相結合的機會，從而有效地促進各領域的發(fā)展。其涉及的研究領域包括：智能機器人系統(tǒng)、多智能體系統(tǒng)、實時模式識別與行為系統(tǒng)、智能體結構設計、決策調度、實時規(guī)劃和推理、基于網絡的三維圖形交互、傳感器技術等1。（文獻序號用上標）1996年在日本舉行了一次表演賽，第一屆robocup比賽和會議于1997年在日本舉行，之后每年一次，迄今已舉行了八次。實踐證明，robocup比賽通過提供一個標準任務，使得研究人員利用各種技術，獲得更好的解決方案，從而有效地促進了分布式人工智能與智能機器人技術的研究與教育。robocup比賽分為五類，分別為：仿真組（simulation league）：仿真組比賽沒有真正的足球隊員參與，每個隊由11個隊員組成，每個隊員是由各個參賽隊編寫的仿真程序，另外由組委會提供的標準足球服務器和隊員通訊，向隊員實時提供賽場信息，并根據(jù)隊員的動作決策來更新比賽。小型組（small size robot league）：小型組比賽在兩支各有5個機器人的隊伍中進行，每個機器人必須能夠放進一個直徑180mm，高度150mm的圓筒。比賽在2.8m 2.3m的鋪有綠色地毯的場地上進行，比賽用球是一個桔黃色的高爾夫球。中型組（middle size robot league）：中型組比賽由兩支各有4個機器人的球隊在5m 10m的場地上進行，每個機器人的尺寸不得大于50cm 50cm 80cm。所有的機器人是全自主的，就是說傳感器、視覺及運動控制均由機器人自己處理。機器人之間通過無線通訊協(xié)調。四腿組（sony legged robot league）：四腿組機器人足球賽開始于1999年，是向兩腿機器人過渡的必要橋梁。比賽在兩支各有3個機器人的球隊之間展開，機器人的外形是一條四腿狗，能完成比賽所需的各種動作。類人組（humanoid league）：由類人的兩腿機器人進行，分為規(guī)定動作部分和自由發(fā)揮兩部分，規(guī)定動作部分包括單腿站立一分鐘、點球大戰(zhàn)、踢球等。仿真比賽采用分布式控制方式，相當于每個隊員有自己的大腦， 因而是一個獨立的“主體”。 其技術特點是：(1)動態(tài)實時系統(tǒng)：soccerserver一個周期是200ms（3d）,服務器每個周期都會向球員發(fā)送感覺信息和通訊信息，在這一個周期中球員必須向服務器發(fā)送一個動作指令更新一次場上信息。(2)分布式合作與協(xié)調：11個獨立的智能體程序合作組成一只球隊。(3)帶噪聲的、非全信息的環(huán)境模型：球員智能體的動作和感知信息都被soccerserver加入了噪聲干擾，使得動作存在偏差，感知信息也存在誤差。(4)非符號化的環(huán)境信息。(5)受限的通訊帶寬：球員智能體在每個周期內只能發(fā)送幾條最大長度為512字節(jié)的通訊信息。robocup的最終目標是：“到21世紀中期之前，一支完全由人型機器人足球運動員組成的足球隊在世界足聯(lián)規(guī)定的比賽規(guī)則下戰(zhàn)勝人類世界杯冠軍”。1.2 選題背景與意義2004年在葡萄牙里斯本舉行的第八屆robocup機器人足球世界杯賽中增加了robocup仿真組3d的比賽，robocup3d和robocup2d足球仿真比賽目的相同，新的比賽加入了第三維使得比賽更接近人類比賽環(huán)境，robocup3d仿真比賽將逐漸取代robocup2d仿真比賽。在這次比賽中報名參加3d仿真比賽的隊伍共有64支隊，最終有17支隊伍通過了預選，其中很多隊伍是robocup仿真比賽的世界一流強隊，比如前世界冠軍葡萄牙fc portugal隊，連續(xù)四屆世界亞軍德國brainstormers隊，清華大學隊以及德國at-humboldt等老牌勁旅。我國只有科大藍鷹隊和清華大學隊參賽，分別獲得第5名和第9名。隨后進行的2005德國公開賽和美國公開賽均有robocup3d的比賽。2005機器人足球世界杯賽將于2005年7月在日本大阪舉行。中國機器人足球從2001年開始全國性的競賽活動，2005中國機器人足球大賽將于今年七月底在江蘇常州舉行。建造機器人進行足球比賽是很有挑戰(zhàn)性的工作，激發(fā)了大家極大的研究興趣。到1998年4月，共有22個國家1000多名研究人員在進行此方面的研究工作。我國目前有20多所高校和科研單位開展機器人足球研究，主要包括清華大學、中國科技大學、國防科大、東南大學、上海交通大學、同濟大學、廈門大學、北京理工大學、南京郵電大學等。東南大學仿真組（2d）代表隊將于今年7月出征在日本大阪舉辦的robocup2005 osaka機器人足球賽。國內的比賽也將在今年七月底舉行，東南大學仿真組2d和仿真組3d將同時參賽。1.3 研究現(xiàn)狀robocup仿真組2d的研究在國際國內都日趨成熟，其仿真器版本已達10.10；智能體結構、個人技術動作、球隊的戰(zhàn)略戰(zhàn)術、對手建模等方面都有了一些成熟的方法。1.3.1 智能體（agent）結構2 （ 節(jié)下子標題：宋體、加粗、小四號）智能體結構可以分為慎思結構（deliberative 智能體）、反應結構（reactive 智能體）和混合結構。前兩種結構有其各自的缺點：純粹的反應式系統(tǒng)很難設計直接目標的行為；大多數(shù)基于推理機制的慎思系統(tǒng)不易處理實時信息而且缺少反應能力。作為一種主要的混合結構模型，層結構能在實際中有效克服前述兩種結構的缺點。層是結構化功能與控制的有效手段，同時可以使設計的系統(tǒng)具有多種期望的屬性，如reactive能力、deliberative能力、合作和自適應能力等。層結構的主要思想是按照智能體的功能將其結構分成2個或更多的混合組織的層，層之間可以互相交互。關于層結構的詳細描述請參閱文獻3。（此處文獻序號不用上標）1.3.2 個人技術動作在球員的個人技術動作方面現(xiàn)在主要采用的方法有經驗式、數(shù)學解析、機器學習等。經驗式方法簡單，易于編成實現(xiàn)，但是它的誤差較大。數(shù)學解析方法效率高，解比較精確而且可以求出全部的解，但是很難對動作建?！，F(xiàn)在各個球隊采用最多的就是機器學習算法，這種方法有較大的通用性，簡單，且魯棒性好。在球員的個人技術動作方面，歷年的很多強隊都公布了他們在這方面的代碼，到目前為止這類問題的研究已經比較成熟，很多隊伍都已經具備了很好的個人技術。1.3.3 球隊的戰(zhàn)略戰(zhàn)術robocup 是一個充滿合作與對抗的多智能體環(huán)境，球隊的整體策略是一個典型的分布式多智能體問題。由于服務器發(fā)給球員送過來的信息是有噪聲的，因此建立一個精確的世界模型是球員做出正確決策的基礎，這里介紹兩種球和球員位置速度的預測模型7。一種是基于bp 學習算法的預測模型，通過對球員和coach 獲得的位置、速度信息進行采樣，因為coach 獲得的信息是無噪音的，可以將它作為導師信號，而將球員獲得的前幾個周期的位置、速度信息作為神經網絡的輸入，對bp網絡進行訓練。在比賽過程中運用訓練好的bp 神經網絡對球和球員的位置和速度進行預測可以取得了較好的效果。. （公式從第五個漢字處用公式編輯器編寫，要按照章進行編號，格式為章號-式號） (1-1)圖1.1 系統(tǒng)幅值mp隨頻率的變化曲線在開發(fā)智能體的同時，各個大學也開發(fā)了不少輔助工具，如陣型調整工具，比賽統(tǒng)計分析工具，離線教練等等。這些工具的開發(fā)為智能體的開發(fā)調試提供了強有力的支持。1.4 本文的結構本文以_的研發(fā)工程項目作為應用背景，對_技術進行了研究。全文共分為七章，各章的主要內容如下：第一章扼要地介紹了_的概念、特點與相關研究背景；第二章研究了_；第三章對_進行了研究，給出了_的控制方案，并討論了_的設計方法；第四章_；第六章總結了全文的研究工作，給出了存在的問題和進一步研究的方向。（正文中公式必須使用公式編輯器書寫，正文，宋體小四號，行距20磅；英文及數(shù)字須使用times new roman字體）第六章 結 論6.1論文總結（包括：主要工作與結論、存在的問題）robocup仿真程序研究是人工智能領域的一個統(tǒng)一平臺，世界范圍內的學校和研究機構正在開展著廣泛而深入的研究，本論文旨在為以后參與進來的研究者提供一個基礎，同時要構建一個隊伍參加今年七月底在常州舉行的2005中國機器人足球大賽。經過近6個月的工作，本論文已成功構建了一支隊伍，同時保存了完整記錄文檔。相關工作總結如下。一、 主要工作及結論(1)熟悉linux操作系統(tǒng)及其基本操作，掌握linux下c+和matlab的程序設計方法以及相關工具。了解uva底層代碼的特點和工作方式以及各個變量和函數(shù)的功能。(2)通過server和spades手冊了解robocup3d程序的通信手段。合作翻譯了spades手冊和相關英文資料。了解2d和3d的區(qū)別和相同之處。(3)對server中物理模型的參數(shù)進行測試，得出準確可靠的模型計算公式。(4)采用面向對象的思想，分層次、分模塊構建智能體的總體框架。(5)構建智能體的結構完整world model，并深入研究了對場上移動物體的定位問題，并對不同方法實際測試作比較。二、 存在的問題(1)目前智能體的編譯是基于3dserver，需要使用spades提供的智能體庫構建一個智能體與spades通訊的接口，從而使智能體獨立于服務器。(2)個人技術還不完善，加速到某一點的精確計算，踢球的精度的控制等都仍需進一步完善。(3)服務器和spades等相關平臺還不完善，還在進一步完善中，如果他們尤其是server提供的模型稍有變化，就需要在智能體的模型和相關動作中得到實現(xiàn)。6.2 感想（僅供參考）對本人來說這是一個全新的領域，參加這個項目拓寬了本人的知識面，拓展了視野和思維。以前總以為軟件和硬件有著天壤之別，經過這段時間本人找到了兩者的統(tǒng)一，其實做事的方法是一樣的，認真、細心加大膽。.致 謝本設計（論文）的xx工作是在我的導師xxx職稱？的精心指導和悉心關懷下完成的，在我的學業(yè)和設計（論文）的xx工作中無不傾注著導師辛勤的汗水和心血。導師的嚴謹治學態(tài)度、淵博的知識、無私的奉獻精神使我深受的啟迪。從尊敬的導師身上，我不僅學到了扎實、寬廣的專業(yè)知識，也學到了做人的道理。在此我要向我的導師致以最衷心的感謝和深深的敬意。在我的設計（論文）撰寫過程中，xxx、xxx、xxx等提出了xx意見和建議，向他們表示深深的感謝。在多年的學習生活中，還得到了許多學院領導、系（教研室）領導和老師的熱情關心和幫助。在日常學習和生活中，xx等都給予了我很大幫助。我也要感謝我的父母和親人，他們在我的學業(yè)中給了我莫大的鼓勵、關愛和支持。最后，向所有關心和幫助過我的領導、老師、同學和朋友表示由衷的謝意！衷心地感謝在百忙之中評閱我的設計（論文）和參加答辯的各位老師！ 英文用times new romanxxxx二一年六月 于南京致謝是作者向在自己的學習、生活，特別是設計（論文）完成過程中幫助過自己的人表達感謝的詞句，應是發(fā)自內心的真實感受。文中給出的致謝辭僅供參考，不是每個人都適用的，特別是紅色的詞句請斟