(这条文章已经被阅读了 113 次) 时间：2001-12-07 16:05:51 来源：骆磊 (loklei) 原创-IT
鲜为人知的世界杯冠军
——中国机器人足球队小记
关于ROBOCUP
今年8月2日到10日，第五届RoboCup（the Robot World Cup Soccer Games and Conferences）机器人足球世界杯比赛随同人工智能领域最重要的国际会议——International Joint Conference on Artificial Intelligence (IJCAI) 在美国西雅图举行。清华大学风神队（Tsinghuaeolus）夺得本届大赛仿真组冠军。中国科技大学蓝鹰队也同时获得仿真组的教练赛第2名，踢球赛第6名；四腿组进入八强的优异成绩！
RoboCup世界杯是目前世界上规模最大、参与人数最多的机器人足球比赛，也是智能机器人领域最重要的一次国际盛会，总部设在瑞士，现有成员国近40个。本届比赛共有包括来自中国、美国、日本、法国、德国、英国、俄罗斯、葡萄牙、荷兰等33个国家的世界知名学府132支队伍参加。我国有清华大学和中国科技大学派队参加了本届比赛。
RoboCup的标准比赛项目包括：小型机器人比赛、中型机器人比赛和计算机仿真比赛。仿真比赛是目前“RoboCup”各项比赛中参赛队数目最多的一项。它历来是机器人足球世界杯赛里规模最大、争夺最激烈的项目。比赛时每队有11名队员，每个队员由一个独立的程序控制，比赛采用类似于计算机国际象棋比赛的Client/Server方式，即由“RoboCup”联合会提供标准的SoccerServer系统，各参赛队编写各自的Client程序，模拟实际足球队员进行比赛。由于仿真比赛在一个标准的计算机环境内进行，除个别细微改动外，比赛规则基本上与国际足球联合会的比赛规则一致，因而避免了机器人人工智能比赛中由于机器人硬件的不足而造成的缺憾。本届仿真比赛，除了传统的“踢球”比赛之外，还增加了“现场教练员”和“可视化界面”项目的比赛，清华大学和科技大学都是第一次参加比赛，便获得了优异成绩实数不易。
“风神”，不可思议的奇迹
清华大学参加的仿真组共有44支队伍，他们分别来自19个国家。分小组赛、复赛和决赛三个阶段。
小组赛分8个组，每组前3名进入复赛。在小组赛中清华风神队与来自阿姆斯特丹大学的UvA Trillearn（本届杯赛第四名）、新南威尔士大学的RUNSWIGHT、上届世界杯八强living system和今年日本公开赛第四名Harmony同组，分别以7：0，5：0，7：0和15：0战胜对手，以小组第一的身份进入复赛。
复赛分4个组，每组前两名将进入决赛。同组的其它队伍分别为来自卡耐基梅隆大学（1999年世界杯冠军）的ChaMelon、伊朗Sharif大学的Avand（今年德国公开赛第三名）、英国的Essex Wizards和今年日本公开赛冠军YowAI。清华风神队分别以17：0，17：0，9：1，3：0的绝对优势进入决赛阶段，并且成为复赛结束后两支保持全胜的队伍之一。
决赛一开始，清华风神队一路领先，分别以5：0，1：0，3：0战胜FC Tripletta，Brainstormers和FC Portugal2001，的压倒性优势进入最后决赛。在2－3名决赛中，Brainstormers以1：0战胜FC Portugal2001，获得与清华争夺冠军的资格。冠亚军决赛中，由于对手赛前有针对性的修改了程序，比赛比较艰苦，但清华风神队仍然在局面上占据主动，比赛中多次获得绝佳的破门机会(一次击中门柱)，可惜运气欠佳，始终没有破门，直到加时赛中终于把握机会，以1：0金球击败对手，获得冠军。
一个博士生和三个本科生
由于赛前清华大学将自己的程序与上界冠军“葡萄牙队”的程序对打中占尽优势，所以清华队对这届比赛充满了信心。然而您也许无法想象着样一支第一次参赛便取的世界冠军的球队，却是由一个博士生和三个本科生组成的，而且其中两个人都不是计算机专业的。其实这也并不奇怪，因为机器人研究涉及到了机械学、自动化控制、计算机等各个方面的知识。
比起国外的参赛队伍虽然清华大学取得了冠军，然而上界前几名的队伍经过一年的备战，进步都很大。从实际比赛时的场面上来看，每支队伍各有所长，尽管从比分上看清华风神队远远胜出，实际上清华风神队也只是微弱优势胜出而已。当然清华大学能够获得冠军也是付出了相当多的精力和时间的，除了上课以外的课余时间几乎全都花在了研究训练中，特别是在最后临近比赛的时间里，又不知道有多少个日日夜夜是在实验室中度过的。其中的辛苦只有他们自己才知道。
由于RoboCup的研究需要大量的时间和精力，而且当初组队的时候也只是凭着一份爱好和激情才参与到其中的，所以清华大学的研究也只是针对比赛而研究，研究领域非常狭窄，然而RoboCup是前沿的热门研究领域，它的研究领域是非常广泛的。清华大学缺少的是专业研究这一领域的人才。
谈起清华大学的队名还有一番来历，tsinghuaeolus的前半部分tsinghua是清华大学的英文译名，后半部分aeolus即埃俄罗斯神是希腊“风神”的名字。研究小组都喜欢用希腊古神的名字为自己的计算机等命名，而aeolus的首字母恰好与tsinghua的末字母相同，可以共用，于是他们就选择了“风神”这个名字，果然在此次比赛中清华队就像“风神”一样风驰电掣！
赛场“蓝鹰”
比起清华大学风神队，中国科技大学的蓝鹰队（队名大概来自科大校徽，蓝色代表科技）似乎更加“专业”一些。科大有专门的研究队伍。校内各系之间还经常会有“跳舞机器人”的比赛。研究小组由导师陈小平老师带领张波、宋志伟、杨斌、杨洋四名同学从事专门研究。
科大蓝鹰队参加的四腿组比赛在一个长3.5米、宽2米的场地进行。每队由三台四腿机器人组成，比赛统一采用日本索尼公司提供的专用机器狗“爱宝(Aibo)”。虽然机器狗的硬件设施一样，但每一个机器狗的表现都由参赛各队的程序编写人员决定。比赛的具体规则是：各队由包括守门员在内的三只机器狗组成，以三对三的形式进行比赛；比赛时间为上下半场各十分钟，中间休息十分钟；进球多的球队为胜方，踢平的情况下不进行加时赛，由双方互罚点球决定胜负；机器狗在比赛中如出现故意伤害对方、猛烈冲撞等行为将被视为犯规，受到相应的处罚。除此以外，参加比赛的人类操纵者必须遵守以下规定∶禁止改造机器狗的机体，禁止使用遥控装置，禁止安装机器狗机体自备以外的感应器。四腿机器人足球赛可能是整个RoboCup比赛中最热闹的部分。因为尽管机器狗在什么情况下应采取什么行动都已事先设计好，但它们和人类球员一样，在比赛中往往不能按计划发挥。因此比赛过程中经常出现操纵者在场边大声斥责机器狗的情况，这也许正是机器人足球大赛的乐趣所在。
科大直到今年5月初才开始组队，而到8月份就要比赛，困难重重。首先是技术上的困难，由于是第一次参加，对这方面的技术根本就不了解，用他们自己的话来说就是“根本就不知道是怎么回事”。比赛采用的是专用系统所以语言的编译环境也是全新的，单熟悉编译语言就花费了很多时间。
每个机器人的程序又由“视觉模块”、“动作模块”和“全程决策模块”组成，科大在开始研究阶段将重点放在了“视觉模块”，直到赛前三四个星期才发现原来抓错了重点，“动作模块”进展非常缓慢，于是马上抽调人手到“动作模块”。功夫不负有心人，经过几十个不眠之夜的努力终于在“动作模块”上取的了重大突破。科大蓝鹰队第一次参加四腿组比赛便进入八强不仅填补了国内有腿机器人研究方面的一项空白，而且为追赶国际先进水平创造了有利条件。
由于是第一次参赛，国外各队的势力都很雄厚，赛前科大蓝鹰队估计四腿组能够赢一场就不错，然而首场便以3：1的比分力克英国队并一路杀进八强，取的了意料之外的成绩。赛后科大总结经验能够取得这么好的成绩不仅仅得益于大家的敬业精神，更重要的是团队合作精神。
其次在资金上也遇到了相当多大的困难，机器狗Aibo每只价值数千美圆，而做仿真，则需要高端计算机以及高性能的网络环境，所以在硬件上投资较大；再加上还要经常到国外交流比赛。幸好有陈小平老师的鼎立支持，资金上从不让研究小组感到窘迫。
有关FIRA
目前在国际上，除RoboCup之外，还有FIRA组织也举办有关机器人足球的活动。FIRA组织总部在韩国，参加的国家主要有韩国、中国、新加坡等少数国家。从机器人系统的设计特点来看，RoboCup采用分布式系统模式，相当于要求每个“球员”都必须拥有自己的大脑、成为一个独立的个体球员之间必须协同作战。FIRA采用集中控制，允许球队采用传统的集中控制方式，相当于一支球队中的全体成员受同一个大脑的控制。与FIRA相比，RoboCup涉及的研究领域更广、技术实现难度更大、挑战性强、创新空间广阔，具有更高的学术研究和技术应用价值。同时RoboCup活动得到了日本，欧美发达国家的全力支持与积极参与，主要的赞助商包括SONY公司，SGI公司和卡耐基梅隆大学等。因此，它成为当前世界机器人足球与智能机器人研究领域的主流。
牛牛——中国第一支机器人足球队。
1997年初，东北大学的徐心和教授在韩国参加国际会议，观赏到韩国的足球机器人表演赛，并了解了有关机器人足球国际比赛的情况。当他所说此项活动在各国科技界的影响越来越大，很多国家都有了机器人足球队，而中国尚无一支时，一种责任感油然而升：“如果说绿荫场上中国的成绩上不去，人们可以埋怨足球运动员和教练员，但机器人足球水平落后，科技工作者责无旁贷！”回国后，他把想法告诉给东北大学控制仿真中心的老师们，并与他们详细研讨了足球机器人的学术价值、相关技术和应用前景。同时，大家意识到目前在国内对机器人足球项目一无所知的情况下，开展这项工作将面临很多的困难。
起初，在无人支持的情况下，东北大学控制仿真中心把多年的科研积累投入其中，并组织了十几人足球机器人课题组，由博士生导师徐心和教授亲自挂帅，仿真中心高大志主任亲临指挥，数名博士生和硕士生全力以赴，在缺少有关技术资料的情况下，他们充分发挥想象力和创造力，用了近半年的时间建起了中国第一支机器人足球队的一整套软硬件系统。当国际机足联主席金钟焕听说这一消息后大为吃惊，韩国人两年半走完的路，中国人只走了半年！
中国人有了自己的足球机器人。为了给球队命名，大家积思广益 ，在很多好听的名字中，选定了“牛牛”。东北大学在1993年恢复由爱国将领张学良将军创建的学校校名，并以“献身、求实、团结、创新”的精神树立了崭新的形象。在东北大学缩写NEU（NorthEasternUniversity）的前面加上一个NEW――“NEW NEU”，不仅读起来上口，也同时把中国人对牛的赏识和关爱之意孕育其中。课题组的同志们甘为孺子牛，他们在艰苦的条件下创造可喜的成绩；他们渴望自己创造的机器人有朝一日驰骋国际赛场，像公牛一样勇猛凶悍，赛出中国人的气势。有人还风趣地说：“如果咱们的NEW NEU，可以和别的足球机器人抗衡，他就是一头牛，如果他无力抵抗，他只是一个。”
牛牛虽然诞生了，但由于资金紧张，小机器人身上很多的部件都是简陋的，有的是从玩具车上拆下来的，有的是靠课题组成员手工制作的，工艺难以保证，强度难以适应激烈的对抗，只能用作原理性实验，高科技研究应该是高投入的。仿真中心能够投入的资金捉襟见肘。正在十分困难的时候，牛牛得到了国家自然科学基金和863计划的支持，燃眉之急得到了缓解。
终于在2000年世界杯新增比赛－标准动作比赛中，牛牛战胜了韩国队，捧得一尊金杯，也打破了韩国队在FIRA的各项赛事中垄断前三名的局面。
玩的不仅仅是足球。
目前，机器人的驱动装置通常以电池、齿轮为主流，不仅故障率高，也经不住激烈冲击。而人类的肌肉组织则相当完美，它由纤维束构成，某根纤维断后负荷会自行分散，并不影响动作。所以，人工肌肉是最理想的驱动装置。电池部分若没有紧凑的微型结构提供较高的效率，也很难满足45分钟满场奔跑的能量需求。开发出肌肉类型的簿片状驱动装置，会给工业设计带来历史性变革，足球机器人身上展现的新技术无疑是产业的一场革命。
仿真机器人足球赛是在标准软件平台上进行的，这种软件平台的设计能够体现控制、通信、智能、传感等多方面的技术水平。仿真机器人足球的主要研究目标是动态主体系统中的相互配合、协同作战的战略战术以及机器人的学习提高等一系列的人工智能前沿领域的研究课题，机器人足球已经被专家们认定为未来50年人工智能研究领域的一个重要的组成部分，正如国际象棋领域的人机大战被认为是过去50年人工智能领域的一个重要的组成部分那样。RoboCup的长远目标是：到2050年，在可比的条件下，机器人足球队要战胜人类足球队。届时，究竟机器人足球队员能否像“深蓝”电脑那样战胜人类的世界冠军。
机器人足球是人工智能领域与机器人领域的基础研究课题，是一个极富挑战性的高技术密集型项目。它涉及的主要研究领域有：小车机械、机器人学、机电一体化、单片机、数据融合、精密仪器、实时数字信号处理、图象处理与图象识别、知识工程与专家系统、决策、轨迹规划、自组织与自学习理论、多智能体协调、以及无线通讯等等。
要实现在2050年进行人机大战，必须要使机器人具备人的体态、体感、体能、技能、智能、以及感知能力，因此除了以上研究领域外，还涉及生态、材料、能源、传感技术等学科。
不难看出，需要创新的内容非常得多，所涉及的研究领域也非常得多，并且不仅仅要求在这些领域内取得要取得巨大的突破，还要求在各个学科之间要进行交叉与集成。机器人足球同时又提供了一个标准任务，使得研究人员能够利用各种技术，获得更好的解决方案，从而有反过来促进各个领域的发展。这也就是开展机器人足球研究的深远意义，和魅力所在。
机器人足球除了在科学研究方面具有深远的意义，它也是一个很好的教学平台。通过它可以使学生将理论与实践紧密地结合起来，提高学生的动手能力、创造能力、协作能力和综合能力。目前国家所提倡的素质教育中，能力培养是核心。机器人足球提供了一个对学生的能力进行培养的大舞台。
索尼公司去年利用机器人足球研究中的成果推出的宠物机器狗AIB0，每只卖2500美元，虽然价格不菲，但在日本和美国市场上都非常畅销。当时，索尼公司的机器狗在日本限额销售的3000只在20分钟内就全部卖光。而在美国市场上，2000只在四天内也全部卖光。索尼公司的负责人称：这个需求比预料的要大得多，这将会是一个大市场，并称将来娱乐机器人产业将超过整个PC产业。
中国是一个玩具大国，但是中国玩具所包含的科技含量很低。当机器人足球在展览和电视上亮相后，许多群众和厂家都希望能将这一系统开发成游戏机或娱乐装置，引入家庭或娱乐场所。可见在中国娱乐机器人、民用机器人具备广阔的市场前景。
另人振奋的是1999年4月6日我国已经在哈尔滨成立了机器人足球队，它将为我国选拔机器人足球队参加国际大赛，举办有关机器人足球比赛的学术活动和表演赛，开展机器人足球比赛关键技术的推广、应用研究，通过比赛和技术的研究推广促进科学技术的普及，推进学术交流，为我国智慧机器人和智慧控制技术发展做出贡献。
附录：
清华大学机器人足球队网址
http://166.111.68.163
中国科技大学机器人足球队网址
http://www.wrighteagle.org
国际机器人足球官方网站
http://www.robocup.org
机器人足球赛世界杯录象下载:
http://61.132.182.2:8080
如果有兴趣和能力的读者可以下载各国的参赛程序亲身体验一下世界杯大赛的激情。
下载soccerserver7.10版,在linux(情话大学是用Rethat7)下解开，先configure, 然后make就生成server的执行脚本sserver, 运行这个脚本sserver就会启动server,并自动打开一个monitor。
至于client端,清化大学是在Win2000下运行Robomanager,在右上角的框里填写server所在的IP, 然后选中所有队员(1-11),然后按左上角第一个按钮就可以启动清华大学的机器人足球队 (具体可以看Readme)。
其他的队一般是在linux开发的，大多都是先解压缩到一个文件夹里，里面带一个启动脚本,如“start”之类的,具体的要看请见Readme文件。
这些程序都可以从清华或者科大机器人足球队网站下载得到。
文章评论:《网上俱乐部》：鲜为人知的世界杯冠军——中国机器人足球队小记 - loklei - 2001-12-07 16:19:08
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