智能足球机器人系统第11章智能类人足球机器人仿真平台.ppt

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第11章智能类人足球机器人的仿真平台
陈万米张冰朱明等
上海大学大学生科技创新实验中心
上海,200072, wanmic@
2009. 8
第二部分智能自主足球机器人系统
目录
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前言
RoboCup仿真组是完全基于软件程序的开发而没有实体的机器人,这是不同与 RoboCup其他组的重要方面。比赛是在一个标准的计算机环境中进行的,采用完全分布式控制,在实时异步,有噪声的对抗环境中,研究多智能体的合作对抗问题。仿真组的比赛实际是提供了一个能为多智能体系统和模拟智能进行研究和教育的工具。因此,研究人员可以把精力完全投入到机器人的上层决策中,测试各种理论,算法和Agent体系结构。而无需考虑硬件问题。
为了实现RoboCup的最终目标,各个组别都在不同的层面上不断进步,仿真组也不例外。作为RoboCup开展最早的比赛项目之一,仿真组的比赛一向是参赛队伍最多的项目,而项目本身也从最早的二维仿真足球比赛发展出三维仿真足球比赛;智能体模型从球体发展出以实体机器人为参照的人型机器人模型;比赛使用的平台也由单一发展为多个。本章节将对仿真组平台作介绍,并以RoboCup仿真3D组(就3D simulation)为例,重点介绍类人型智能足球机器人仿真平台。
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仿真2D组比赛平台
仿真2D比赛有以下几个特点:
动态快速的实时系统:要求每个Agent在每个周期内完成全部计算并将要执行的命令发送给Server,否则将失去本次动作执行的机会。
环境干扰:Server为了使仿真比赛更加真实,在环境中生成一定的环境噪声,对每个Agent的感知和执行动作进行干扰。因而Agent不能准确地感知环境,同时不能精确地改变环境。
合作与协调:同队中的全部Agent具有一个共同的目标,即射门进球。要使用有效的方法进行Agent之间的合作,同时解决局部目标与全局目标,个体目标与共同目标之间冲突的问题。
受限的通信带宽:所有的信息均通过Server控制,在一定的仿真周期内,只有有限的消息得到传递。
仿真比赛平台
仿真组的比赛大致分为2D组和3D组,体现了空间维度上的不同。
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RoboCup仿真2D组比赛截图
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仿真3D组比赛与仿真2D组相比,多了一维的空间,所以3D组的比赛更接近人类足球比赛的环境。RoboCup3D环境以及不同的规则使得问题的求解具有更大的复杂性。RoboCup3D仿真运用了真正的物理建模过程,使得RoboCup3D的仿真比赛更加真实,也使得RoboCup3D的底层规律的复杂性与RoboCup2D相比有了很大的提高。目前所有的仿真平台上的人型足球机器人智能体均使用法国Aldebaran-Robotics公司生产的Nao型实体机器人作为参照。本节将介绍3种比赛平台,其中着重讲解仿真3D组的比赛平台,该平台的详细安装和使用过程将在第14章中叙述。
仿真3D组平台介绍
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该赛事在2004年进行了一次尝试。
2005年的日本比赛进行了首次正式比赛,开始时智能体模型使用的是球体模型。
2007年,RoboCup3D仿真比赛出现重大变革,比赛平台改为新的simspark平台,比赛使用的智能体从球体智能体(Sphere Agent)变为人型智能体(Humanoid Agent)。
目前,。
Simspark仿真平台中主要的成分就是仿真引擎,对象/内存管理系统,以及物理引擎。类对象的创建和销毁是通过称为Zeitgeist的框架结构来实现的,它提供了广泛的插件系统和一个脚本语言接口。刚体块的物理计算是由外部库(ODE)来处理,并被整合进系统的整体结构中。仿真引擎将平台构成的其他部分连接到了一起,并在仿真的主循环中增加仿真时间器。许多模块以插件形式嵌入仿真引擎,以此来处理包括与机器人智能体的网络连接和仿真过程可视化的实现。整个系统的体系结构还包括控制信号流和数据流。
仿真3D组平台
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仿真平台构成图
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仿真器使用ODE库进行真实物理动力学仿真。ODE是一个开放式的模拟带关节的刚体(rigid body)动力学模型库。关于刚体运动的基本物理模型,可以参考ODE 库,一个重要的特性在于它能模拟有关节(joint)的刚体。
ODE 库的主要特性包括:
善于模拟带关节的刚体运动结构。在最新的服务器(server)版本中,由于人型智能体的使用,该特性有了发挥的空间。针对交换式与实时仿真设计,模拟速度快,并专门提供了fast Step 接口。
采用高度稳