机器人大赛作业题2011(2)

《机器人大赛知识与评析》

一、问答题（每题8分，共48分）

1. 机器人常用电池有哪些?

干电池，锂电池和厂家自制充电电池

2．机器人足球涉及的主要研究领域有哪些？它涉及的主要研究领域有：机

器人学、机电一体化、单片机、图像处理与图像识别、知识工程与专家系统、多智能体协调、以及无线通讯等等

3．仿人机器人的定义是什么？其特点是什么？

模仿人的形态和行为而设计制造的机器人就是仿人机器人,其特点是能够与人相互影响、外形像人，它的思维方式和行为方式也接近人。仿人机器人能够通过与环境的交互不断获得新知识，而且还能用它的设计者根本想象不到的方式去完成各种任务，它会自己适应非结构化的，动态的环境。，一般分别或同时具有仿人的四肢和头部。，机器人一般根据不同应用需求被设计成不同形状，如运用于工业的机械臂、轮椅机器人、步行机器人等。而仿人机器人研究集机械，电子，计算机，材料，传感器，控制技术等多门科学于一体，代表着一个国家的高科技发展水平。从机器人技术和人工智能的研究现状来看，要完全实现高智能，高灵活性的仿人机器人还有很长的路要走，而且，人类对自身也没有彻底地了解，这些都限制了仿人机器人的发展。人类外观特征、可模拟人类行走与其基本操作功能的机器人。仿人机器人要能够理解，适应环境，精确灵活地进行作业

，·思维和学习能力

现有仿人机器人系统的主要缺陷是对环境的适应性和学习能力的不足。机器的智能来源于与外界环境的相互作用，同时也反映在对作业的独立完成度上。机器人学习控制技术是实现仿人机器人在结构和非结构环境下实现智能化控制的一项重要技术。但是由于受到传感器噪音，随机运动，在线学习方式以及训练时间的限制，学习控制的实时性还不能令人满意。仍需要研究和开发新的学习算法，学习方式，以不断完善学习控制理论和相应的评价理论。目前针对机器人学习控制的研究，大都停留在试验室仿真的水平上。

·与环境的交互

仿人机器人与环境相互影响的能力依赖于其富于表现力的交流能力，如肢体语言(包括面部表情)，思维和意识的交互。目前，机器人与人的交流仅限于固定的几个词句和简单的行为方式，其主要原因是:

1)大多仿人机器人的信息输入传感器是单模型的；

2)部分应用多模型传感器的系统没有采用对话的交流方式；

3)对输入信息的采集仅限于固定的位置，比如图像信息，照相机往往没有多维视角，信息的深度和广度都难以保证，准确性下降。

·躯体结构和四肢运动

毫无疑问，仿人机器人行动的多样性，通用性和必要的柔性是“智能”实现的首要因素。它是保证仿人机器人可塑性和与人交流的前提。仿人机器人的结构则决定了它能不能为人所接受，而且也是它像不像人的关键。仿人机器人必须拥有类似人类上肢的两条机械臂，并在臂的末端有两指或多指手部。这样不仅可以满足一般的机器人操作需求，而且可以实现双臂协调控制和手指控制以实现更为复杂的操作。仿人机器人要具有完成复杂任务所需要的的感知活动，还要在已经完成过的任务重复出现时要像条件反射一样自然流畅地作出反应。

·体系结构

仿人机器人的体系结构是定义机器人系统各组成部分之间相互关系和功能分配，确定单台机器人或多个机器人系统的信息流通关系和逻辑的计算结构。也就是仿人机器人信息处理和控制系统的总体结构。如果说机器人的自治能力是仿人机器人的设计目标，那么体系结构的设计就是实现这一目标的手段。现在仿人机器人的研究系统追求的是采用某种思想和技术，从而实现某种功能或达到某种水平。

所以其体系结构各有不同，往往就事论事。解决体系结构中的各种问题，并提出具有一定普遍指导意义的结构思想无疑具有重要的理论和实际价值，这是摆在研究人员面前的一项长期而艰巨的任务。

4．智能中型足球机器人踢球机构有哪几种形式？

5．机器人的内部传感器有哪些？外部传感器有哪些？

内部传感器：检测位置和角度的传感器

外部传感器具体有物体识别传感器、物体探伤传感器、接近觉传感器、距离传感器、力觉传感器，听觉传感器等。

6．机器人的发展方向是什么？·

一方面，机器人在制造业应用的范围越来越广阔，其标准化、模块化、网络化和智能化的程度也越来越高，功能越来越强，并向着成套技术和装备的方向发展；另一方面，机器人向着非制造业应用发展以及微小型方向发展，并将服务于人类活动的各个领域。总体趋势是，从狭义的机器人概念向广义的机器人技术（RT）概念转移，从工业机器人产业向解决方案业务的机器人技术产业发展。

。同时机器人机构向着模块化、可重构方向发展。

现已实现了机器人的全数字化控制，控制能力可达21轴的协调运动控制；基于传感器的控制技术已取得了重大进展提高系统的响应速度和控制精度；同时利用现场总线

（FILDBUS）技术，实现的分布式控制。下一步的研究热点集中在有效可行的（特别是在非线性及非平稳非正态分布的情形下）多传感器融合算法，以及解决传感系统的实用化问题。

。优化设计主要利用各种先进的计算机手段，实现设计的动态分析和仿真，提高设计效率和优化。智能作业则是利用传感器技术和控制方法，实现机器人作业的高度柔性和对环境的适应性，同时降低操作人员参与的复杂性。目前，机器人的作业主要靠人的参与实现示教，缺乏自我学习和自我完善的能力。网络化机器人是目前机器人研究中的热点之一机器人结构越来越灵巧，控制系统愈来愈小，其智能也越来越高，并正朝着一体化方向发展。

二、叙述题（22分）

简述智能足球机器人系统的发展简史。历史发端

机器人足球的最初想法由加拿大不列颠哥伦比亚大学的艾伦·马克沃斯（Alan Mackworth）教授于1992年提出。日本学者迅速对这一想法进行了系统的调研和可行性分析。1993年6月，包括浅田埝(Minoru Asada)、Yasuo Kuniyoshi和北野宏明(Hiroaki Kitano)在内的一些研究工作者决定创办一项机器人比赛，暂时命名为RoboCup J联赛(J联赛是刚创办的日本足球职业联赛的名字)。然而在一个月之内，他们就接到了绝大部分是日本以外的研究工作者的反应，要求比赛扩展成一个国际性的联合项目。由此，他们就将这个项目改名为机器人足球世界杯赛（Robot world cup soccer games，简称RoboCup）。

与此同时，一些研究人员开始将机器人足球作为研究课题。隶属于日本政府的电子技术实验室（ETL）的松原仁(Itsuki Noda)以机器人足球为背景展开多主体系统的研究，并已经开始开发一个专用的足球比赛模拟器。这个模拟器后来成了RoboCup的正式足球比赛仿真平台。日本大阪大学的浅田埝教授、美国卡内基－梅隆大学的V eloso教授（RoboCup联盟现任主席）和她的学生Peter Stone等也开展了同类工作。没有这些先驱者的参与，RoboCup就不可能产生。由此，机器人足球迅速成长为国际人工智能和机器人学研究的一个重要主题和方向。

1993年9月，RoboCup第一次发表公告，并草拟了明确的规则。于是，在很多会议和研讨会上进行了关于组织和技术问题的讨论，包括AAAI-94(美国人工智能联合会会议)，JSAI(日本人工智能学会)研讨会以及其他机器人界的会议。同时，松原仁(Noda)在ETL的小组宣布了仿真比赛平台初始版本(LISP版本)，这是为进行多主体系统研究而开发的第一个足球领域的开放系统仿真平台，后来又通过Web发布了1.0版本的仿真比赛平台(C++版本)。这个仿真平台的第一次公开演示是在IJCAI-95。

1995年8月，在加拿大蒙特利尔召开的国际人工智能会议(IJCAI-95)上发表了公告，将在名古屋与IJCAI-97联合举办首届机器人世界杯足球赛及会议。同时，为了发现与组织大型RoboCup比赛有关的潜在问题，决定先举办Pre-RoboCup-96。作出这个决定是为了留出两年的准备和开发时间，这样研究小组就可以开始开发机器人和仿真的球队，同时也能有时间筹集研究经费。

1996年11月4日到8日，在大阪的国际智能机器人与系统会议(IROS-96)上举行了Pre-RoboCup-96。有8支球队参加了仿真组比赛，并展示了参加中型组比赛的真正的机器人。虽然规模不大，但这是第一次将足球赛用于促进研究与教育的比赛。

1997年，第一次正式的RoboCup比赛和会议获得了巨大的成功。比赛仅设了机器人组和仿真组两个组别，来自美国、欧洲、澳大利亚、日本等40多支球队参加，5000多名观众观看