【自动化专业毕业论文】Robocup机器人足球赛3D仿真应用程序设计.doc

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1、 南京工程学院 自动化学院 本科毕业设计（论文）题目： Robocup 机器人足球赛3D仿真 应用程序设计 专 业： 自动化（数控技术应用） 班 级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 起迄日期： 设计地点： _（Times New Roman字体）Graduation Design (Thesis)Design of 3D Simulation Application Program for Robocup RobotByXU BingSupervised byProf. ZHU HuaAssociate Prof. ZHANG KailinDepartment of Automation

2、EngineeringNanjing Institute of TechnologyJune, 2007宋体加黑三号空一行空一行摘 要本论文设计完成的足球队由11个自治的智能软件组成。它们能在足球比赛的服务器上依靠自治的智能软件互相比赛。足球比赛的服务器提供一个实时的、全分布式的、多智能体比赛环境，各个队员之间互相协作努力进球，达到赢得比赛的目的。仿真服务器模拟一个真实复杂的、有噪声的环境，智能体具有有限的物理能力，且受比赛规则制约。本论文重点介绍了Robocup3D的仿真环境、基于SPADES仿真平台的智能体与服务器的通讯。本论文的主要成果包括：与正文空两行正文，宋体小四号，行距20磅关键词

3、：机器人；XXX；XXX；XXX；XXX（3-5个，分号分隔，末尾不加符号）黑体加粗小四号（摘要是设计或论文内容不加注释和评论的简短陈述，应以第三人称陈述。它应具有独立性和自含性，即不阅读设计或论文的全文，就能获得必要的信息。摘要的内容应包含与设计或论文同等量的主要信息，供读者确定有无必要阅读全文，也供文摘等二次文献采用。摘要一般应说明研究工作目的、实验研究方法、结果和最终结论等，而重点是结果和结论。摘要中一般不用图、表、化学结构式、计算机程序，不用非公知公用的符号、术语和非法定的计量单位。摘要页置于英文题名页后。 中文摘要一般为300-500汉字左右，用小四号宋体。 关键词是为了文献标引工作

4、从论文中选取出来用以表示全文主题内容信息款目的单词或术语。一般每篇论文应选取35个词作为关键词，关键词间用分号隔开，最后一个词后不打标点符号。以显著的字符排在同种语言摘要的下方。如有可能，尽量用汉语主题词表等词表提供的规范词。）Times New Roman 三号，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 sim

5、ulation 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 gam

6、e. 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

7、based on SPADES are introduced emphatically. The main works finished and results obtained are as follows: .（英文摘要另起一页，内容应与“中文摘要”基本对应。使用第三人称，用现在时态编写，须强调过去已完成的工作时可采用过去和现在完成时，并尽可能采用被动语态。）（小四号，Times News Roman 字体，行距20磅）与正文空两行Key words： robot; XXX; XXX; XXX; XXXTimes New Roman小四号，末尾不加符号Times New Roman加粗小四

8、号黑体三号空一行目 录空一行 宋体四号加粗宋体小四第一章 绪论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 结论68 6.1 XXX68致谢79参考文献80附录A：硬件设计原理图与PCB图81附录B：软件程序清单90附录C：其它资料（根据各课题具体）108附件： 毕业论文光盘资料 目次页：设计或论文应有目次页。目次页由设计或论文的章、节、条、附录、题录等的序号、名称和页码组成，另起一页排在摘要页之后，章、节、小节分别按相应要求标出。此文本框读后删除！（空一行）第一章 绪 论（章标题）：宋体、加

9、粗、三号 （空一行）1.1 引言（节标题：宋体、加粗、四号；行间距与正文一致为20磅，增加段前和段后分别为0.5行）Robocup(Robot World Cup)，即机器人世界杯足球赛，以MAS（多智能体）和DAI（分布式人工智能）为主要研究背景，是一个鼓励研究人工智能和智能机器人技术的尝试，其主要目的是通过提供一个标准的、易于评价的比赛平台，促进DAI和MAS的研究与发展。而训练和制造机器人进行足球比赛的设想首先是由加拿大不列颠哥伦比亚大学的教授Alan Mackworlh 在1992年的论文On Seeing Robots中提出的，他认为机器人足球比赛是很好的机器人和AI研究的实验平台。

10、Robocup提供一个将人工智能和机器人技术等许多技术相结合的机会，从而有效地促进各领域的发展。其涉及的研究领域包括：智能机器人系统、多智能体系统、实时模式识别与行为系统、智能体结构设计、决策调度、实时规划和推理、基于网络的三维图形交互、传感器技术等1。（文献序号用上标）1996年在日本举行了一次表演赛，第一届Robocup比赛和会议于1997年在日本举行，之后每年一次，迄今已举行了八次。实践证明，Robocup比赛通过提供一个标准任务，使得研究人员利用各种技术，获得更好的解决方案，从而有效地促进了分布式人工智能与智能机器人技术的研究与教育。Robocup比赛分为五类，分别为：仿真组（Simu

11、lation League）：仿真组比赛没有真正的足球队员参与，每个队由11个队员组成，每个队员是由各个参赛队编写的仿真程序，另外由组委会提供的标准足球服务器和队员通讯，向队员实时提供赛场信息，并根据队员的动作决策来更新比赛。小型组（Small Size Robot League）：小型组比赛在两支各有5个机器人的队伍中进行，每个机器人必须能够放进一个直径180mm，高度150mm的圆筒。比赛在2.8m 2.3m的铺有绿色地毯的场地上进行，比赛用球是一个桔黄色的高尔夫球。中型组（Middle Size Robot League）：中型组比赛由两支各有4个机器人的球队在5m 10m的场地上进行，

12、每个机器人的尺寸不得大于50cm 50cm 80cm。所有的机器人是全自主的，就是说传感器、视觉及运动控制均由机器人自己处理。机器人之间通过无线通讯协调。四腿组（Sony Legged Robot League）：四腿组机器人足球赛开始于1999年，是向两腿机器人过渡的必要桥梁。比赛在两支各有3个机器人的球队之间展开，机器人的外形是一条四腿狗，能完成比赛所需的各种动作。类人组（Humanoid League）：由类人的两腿机器人进行，分为规定动作部分和自由发挥两部分，规定动作部分包括单腿站立一分钟、点球大战、踢球等。仿真比赛采用分布式控制方式，相当于每个队员有自己的大脑， 因而是一个独立的“主

13、体”。 其技术特点是：(1)动态实时系统：Soccerserver一个周期是200ms（3D）,服务器每个周期都会向球员发送感觉信息和通讯信息，在这一个周期中球员必须向服务器发送一个动作指令更新一次场上信息。(2)分布式合作与协调：11个独立的智能体程序合作组成一只球队。(3)带噪声的、非全信息的环境模型：球员智能体的动作和感知信息都被Soccerserver加入了噪声干扰，使得动作存在偏差，感知信息也存在误差。(4)非符号化的环境信息。(5)受限的通讯带宽：球员智能体在每个周期内只能发送几条最大长度为512字节的通讯信息。Robocup的最终目标是：“到21世纪中期之前，一支完全由人型机器人

14、足球运动员组成的足球队在世界足联规定的比赛规则下战胜人类世界杯冠军”。1.2 选题背景与意义2004年在葡萄牙里斯本举行的第八届Robocup机器人足球世界杯赛中增加了Robocup仿真组3D的比赛，Robocup3D和Robocup2D足球仿真比赛目的相同，新的比赛加入了第三维使得比赛更接近人类比赛环境，Robocup3D仿真比赛将逐渐取代Robocup2D仿真比赛。在这次比赛中报名参加3D仿真比赛的队伍共有64支队，最终有17支队伍通过了预选，其中很多队伍是Robocup仿真比赛的世界一流强队，比如前世界冠军葡萄牙FC Portugal队，连续四届世界亚军德国Brainstormers队，

15、清华大学队以及德国AT-Humboldt等老牌劲旅。我国只有科大蓝鹰队和清华大学队参赛，分别获得第5名和第9名。随后进行的2005德国公开赛和美国公开赛均有Robocup3D的比赛。2005机器人足球世界杯赛将于2005年7月在日本大阪举行。中国机器人足球从2001年开始全国性的竞赛活动，2005中国机器人足球大赛将于今年七月底在江苏常州举行。建造机器人进行足球比赛是很有挑战性的工作，激发了大家极大的研究兴趣。到1998年4月，共有22个国家1000多名研究人员在进行此方面的研究工作。我国目前有20多所高校和科研单位开展机器人足球研究，主要包括清华大学、中国科技大学、国防科大、东南大学、上海交

16、通大学、同济大学、厦门大学、北京理工大学、南京邮电大学等。东南大学仿真组（2D）代表队将于今年7月出征在日本大阪举办的Robocup2005 OSAKA机器人足球赛。国内的比赛也将在今年七月底举行，东南大学仿真组2D和仿真组3D将同时参赛。1.3 研究现状Robocup仿真组2D的研究在国际国内都日趋成熟，其仿真器版本已达10.10；智能体结构、个人技术动作、球队的战略战术、对手建模等方面都有了一些成熟的方法。1.3.1 智能体（agent）结构2 （ 节下子标题：宋体、加粗、小四号）智能体结构可以分为慎思结构（Deliberative 智能体）、反应结构（Reactive 智能体）和混合结构

17、。前两种结构有其各自的缺点：纯粹的反应式系统很难设计直接目标的行为；大多数基于推理机制的慎思系统不易处理实时信息而且缺少反应能力。作为一种主要的混合结构模型，层结构能在实际中有效克服前述两种结构的缺点。层是结构化功能与控制的有效手段，同时可以使设计的系统具有多种期望的属性，如reactive能力、deliberative能力、合作和自适应能力等。层结构的主要思想是按照智能体的功能将其结构分成2个或更多的混合组织的层，层之间可以互相交互。关于层结构的详细描述请参阅文献3。（此处文献序号不用上标）1.3.2 个人技术动作在球员的个人技术动作方面现在主要采用的方法有经验式、数学解析、机器学习等。经验

18、式方法简单，易于编成实现，但是它的误差较大。数学解析方法效率高，解比较精确而且可以求出全部的解，但是很难对动作建模。现在各个球队采用最多的就是机器学习算法，这种方法有较大的通用性，简单，且鲁棒性好。在球员的个人技术动作方面，历年的很多强队都公布了他们在这方面的代码，到目前为止这类问题的研究已经比较成熟，很多队伍都已经具备了很好的个人技术。1.3.3 球队的战略战术Robocup 是一个充满合作与对抗的多智能体环境，球队的整体策略是一个典型的分布式多智能体问题。由于服务器发给球员送过来的信息是有噪声的，因此建立一个精确的世界模型是球员做出正确决策的基础，这里介绍两种球和球员位置速度的预测模型7。

19、一种是基于BP 学习算法的预测模型，通过对球员和Coach 获得的位置、速度信息进行采样，因为Coach 获得的信息是无噪音的，可以将它作为导师信号，而将球员获得的前几个周期的位置、速度信息作为神经网络的输入，对BP网络进行训练。在比赛过程中运用训练好的BP 神经网络对球和球员的位置和速度进行预测可以取得了较好的效果。. （公式从第五个汉字处用公式编辑器编写，要按照章进行编号，格式为章号-式号） (1-1)图1.1 系统幅值Mp随频率的变化曲线在开发智能体的同时，各个大学也开发了不少辅助工具，如阵型调整工具，比赛统计分析工具，离线教练等等。这些工具的开发为智能体的开发调试提供了强有力的支持。1

20、.4 本文的结构本文以_的研发工程项目作为应用背景，对_技术进行了研究。全文共分为七章，各章的主要内容如下：第一章扼要地介绍了_的概念、特点与相关研究背景；第二章研究了_；第三章对_进行了研究，给出了_的控制方案，并讨论了_的设计方法；第四章_；第六章总结了全文的研究工作，给出了存在的问题和进一步研究的方向。（正文中公式必须使用公式编辑器书写，正文，宋体小四号，行距20磅；英文及数字须使用Times New Roman字体）第六章 结 论6.1论文总结（包括：主要工作与结论、存在的问题）Robocup仿真程序研究是人工智能领域的一个统一平台，世界范围内的学校和研究机构正在开展着广泛而深入的研究

21、，本论文旨在为以后参与进来的研究者提供一个基础，同时要构建一个队伍参加今年七月底在常州举行的2005中国机器人足球大赛。经过近6个月的工作，本论文已成功构建了一支队伍，同时保存了完整记录文档。相关工作总结如下。一、 主要工作及结论(1)熟悉Linux操作系统及其基本操作，掌握Linux下C+和Matlab的程序设计方法以及相关工具。了解UvA底层代码的特点和工作方式以及各个变量和函数的功能。(2)通过Server和SPADES手册了解Robocup3D程序的通信手段。合作翻译了SPADES手册和相关英文资料。了解2D和3D的区别和相同之处。(3)对server中物理模型的参数进行测试，得出准确

22、可靠的模型计算公式。(4)采用面向对象的思想，分层次、分模块构建智能体的总体框架。(5)构建智能体的结构完整world model，并深入研究了对场上移动物体的定位问题，并对不同方法实际测试作比较。二、 存在的问题(1)目前智能体的编译是基于3Dserver，需要使用SPADES提供的智能体库构建一个智能体与SPADES通讯的接口，从而使智能体独立于服务器。(2)个人技术还不完善，加速到某一点的精确计算，踢球的精度的控制等都仍需进一步完善。(3)服务器和SPADES等相关平台还不完善，还在进一步完善中，如果他们尤其是server提供的模型稍有变化，就需要在智能体的模型和相关动作中得到实现。6.

23、2 感想（仅供参考）对本人来说这是一个全新的领域，参加这个项目拓宽了本人的知识面，拓展了视野和思维。以前总以为软件和硬件有着天壤之别，经过这段时间本人找到了两者的统一，其实做事的方法是一样的，认真、细心加大胆。.致 谢本设计（论文）的XX工作是在我的导师XXX职称？的精心指导和悉心关怀下完成的，在我的学业和设计（论文）的XX工作中无不倾注着导师辛勤的汗水和心血。导师的严谨治学态度、渊博的知识、无私的奉献精神使我深受的启迪。从尊敬的导师身上，我不仅学到了扎实、宽广的专业知识，也学到了做人的道理。在此我要向我的导师致以最衷心的感谢和深深的敬意。在我的设计（论文）撰写过程中，XXX、XXX、XXX等

24、提出了XX意见和建议，向他们表示深深的感谢。在多年的学习生活中，还得到了许多学院领导、系（教研室）领导和老师的热情关心和帮助。在日常学习和生活中，XX等都给予了我很大帮助。我也要感谢我的父母和亲人，他们在我的学业中给了我莫大的鼓励、关爱和支持。最后，向所有关心和帮助过我的领导、老师、同学和朋友表示由衷的谢意！衷心地感谢在百忙之中评阅我的设计（论文）和参加答辩的各位老师！ 英文用Times New RomanXXXX二一年六月 于南京致谢是作者向在自己的学习、生活，特别是设计（论文）完成过程中帮助过自己的人表达感谢的词句，应是发自内心的真实感受。文中给出的致谢辞仅供参考，不是每个人都适用的，特别

25、是红色的词句请斟酌替换或使用。参 考 文 献1. 杨庆,栾茂田,焦建奎等.边坡渐进破坏可靠性分析及其应用.第八届土力学及岩土工程学术会议论文集.北京.万国学术出版社.1999.349-352Times New Roman小4号2. Kuehnlw M R, Peeken H, Troeder C et al. The Toroidal Drive. Mechanical Engineering. 1981.103(2).32-393. 徐滨士,欧忠文,马世宁等.纳米表面工程.中国机械工程，2000.11（6）.707-7124. 薛华成.信息资源管理.北京:高等教育出版社. 2002年7月.

26、35-415. 姜锡洲一种温热外敷药制备方案中国.ZL.81056078.1983-08-12 （至少10篇）参考文献应是设计或论文作者亲自考察过的对自己的设计或论文有参考价值的文献。参考文献应具有权威性，要注意引用最新的文献。 参考文献以文献在整个论文中出现的次序用1、2、3形式统一排序、依次列出。参考文献的表示格式为： 著作：序号作者.译者.书名.出版地.出版社.出版时间.引用部分起止页 期刊：序号作者.译者.文章题目.期刊名.年份.卷号(期数).引用部分起止页会议论文集：序号作者.译者.文章名.文集名.会址.开会年.出版地.出版者.出版时间.引用部分起止页 学位论文：序号作者.题名学位论文(英文用Dissertation).保存地点：保存单位.年份.引用部分起止页 专利：序号专利申请者.题名.国别.专利文献种类.专利号.发布日期技术标准：序号起草责任者.标准代号.标准顺序号发布年.标准名称.出版地.出版者.出版年份.引用部分起止页若作者三人以上，只写到第三作者，其他人用“等”表示，英文作者用 “et al”斜体表示。非英文的外文作者可以用中文或英文音译表示出来。附录A：硬件设计原理图与PCB图附录B：软件程序清单