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1、 南京工程學(xué)院 自動化學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 題目： Robocup 機(jī)器人足球賽3D仿真 應(yīng)用程序設(shè)計 專 業(yè)： 自動化（數(shù)控技術(shù)應(yīng)用） 班 級： 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 起迄日期： 設(shè)計地點： _ （Times New Roman字體） Graduation Desi

2、gn (Thesis) Design of 3D Simulation Application Program for Robocup Robot By XU Bing Supervised by Prof. ZHU Hua Associate Prof. ZHANG Kailin Department of Automation Engineering Nanjing Institute of Technology June, 2007 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 宋體加黑三號 空一行

3、空一行 摘 要 本論文設(shè)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(wù)器上依靠自治的智能軟件互相比賽。足球比賽的服務(wù)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(jìn)球，達(dá)到贏得比賽的目的。仿真服務(wù)器模擬一個真實復(fù)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(wù)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(guān)鍵詞：機(jī)器人；XXX；XXX；XXX；XXX（3-5個，分號分隔，末尾不

4、加符號） III 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 黑體加粗小四號 （摘要是設(shè)計或論文內(nèi)容不加注釋和評論的簡短陳述，應(yīng)以第三人稱陳述。它應(yīng)具有獨立性和自含性，即不閱讀設(shè)計或論文的全文，就能獲得必要的信息。摘要的內(nèi)容應(yīng)包含與設(shè)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(xiàn)采用。 摘要一般應(yīng)說明研究工作目的、實驗研究方法、結(jié)果和最終結(jié)論等，而重點是結(jié)果和結(jié)論。摘要中一般不用圖、表、化學(xué)結(jié)構(gòu)式、計算機(jī)程序，不用非公知公用的符號、術(shù)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。

5、關(guān)鍵詞是為了文獻(xiàn)標(biāo)引工作從論文中選取出來用以表示全文主題內(nèi)容信息款目的單詞或術(shù)語。一般每篇論文應(yīng)選取3~5個詞作為關(guān)鍵詞，關(guān)鍵詞間用分號隔開，最后一個詞后不打標(biāo)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 ABSTRACT The football team designed is a robotic soccer simulation team that consists of eleven autonomous software a

6、gents. 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 a

7、chieve 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

8、 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(nèi)容應(yīng)與“中文摘要”基本對應(yīng)。使用第三人稱，用現(xiàn)在時態(tài)編寫，須強(qiáng)調(diào)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;

9、 XXX; XXX; XXX; XXX 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)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XXX 1 1.1.1 XXX 1 1.1.2 XXX 2 1.2 XXX 3 1.2.1 XXX 3 1.2.2 6 第二章 XXX 12 第六章

10、 結(jié)論 68 6.1 XXX 68 致謝 79 參考文獻(xiàn) 80 附錄A：硬件設(shè)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(shè)計或論文應(yīng)有目次頁。目次頁由設(shè)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(yīng)要求標(biāo)出。 此文本框讀后刪除??！ 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） （空一行） 第一章 緒 論 [（章標(biāo)題）：宋體、加粗、三號 ] （空一行） 1

11、.1 引言（節(jié)標(biāo)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(jī)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(jī)器人技術(shù)的嘗試，其主要目的是通過提供一個標(biāo)準(zhǔn)的、易于評價的比賽平臺，促進(jìn)DAI和MAS的研究與發(fā)展。而訓(xùn)練和制造機(jī)器人進(jìn)行足球比賽的設(shè)想首先是由加拿大不列顛哥倫比亞大學(xué)的教授Alan Mackworlh 在1992年的論文《On Seeing Robots》中提出的，他認(rèn)為機(jī)器人足球比賽是很好的機(jī)器人和AI研究的實驗平臺。Robocup

12、提供一個將人工智能和機(jī)器人技術(shù)等許多技術(shù)相結(jié)合的機(jī)會，從而有效地促進(jìn)各領(lǐng)域的發(fā)展。其涉及的研究領(lǐng)域包括：智能機(jī)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(jié)構(gòu)設(shè)計、決策調(diào)度、實時規(guī)劃和推理、基于網(wǎng)絡(luò)的三維圖形交互、傳感器技術(shù)等[1]。（文獻(xiàn)序號用上標(biāo)） 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(biāo)準(zhǔn)任務(wù)，使得研究人員利用各種技術(shù)，獲得更好的解決方案，從而有效地促進(jìn)了分布式人工智能與智能機(jī)器人技術(shù)的研究與教育。 Robocup比賽分為五類，分別為： 仿真組（Sim

13、ulation 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(biāo)準(zhǔn)足球服務(wù)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(jī)器人的隊伍中進(jìn)行，每個機(jī)器人必須能夠放進(jìn)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(jìn)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(jī)器人的球隊在5m 10m

14、的場地上進(jìn)行，每個機(jī)器人的尺寸不得大于50cm 50cm 80cm。所有的機(jī)器人是全自主的，就是說傳感器、視覺及運動控制均由機(jī)器人自己處理。機(jī)器人之間通過無線通訊協(xié)調(diào)。 四腿組（Sony Legged Robot League）：四腿組機(jī)器人足球賽開始于1999年，是向兩腿機(jī)器人過渡的必要橋梁。比賽在兩支各有3個機(jī)器人的球隊之間展開，機(jī)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(jī)器人進(jìn)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(dāng)于每個隊員有自己

15、的大腦， 因而是一個獨立的“主體”。 其技術(shù)特點是： (1)動態(tài)實時系統(tǒng)：Soccerserver一個周期是200ms（3D）,服務(wù)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(wù)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(diào)：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(nèi)只能發(fā)送幾條最大長度為512字節(jié)的通訊信息。 Robocup的

16、最終目標(biāo)是：“到21世紀(jì)中期之前，一支完全由人型機(jī)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(jī)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(yù)選，其中很多隊伍是Robocup仿真比賽的世界一流強(qiáng)隊，比如前世界冠軍葡萄牙FC Port

17、ugal隊，連續(xù)四屆世界亞軍德國Brainstormers隊，清華大學(xué)隊以及德國AT-Humboldt等老牌勁旅。我國只有科大藍(lán)鷹隊和清華大學(xué)隊參賽，分別獲得第5名和第9名。隨后進(jìn)行的2005德國公開賽和美國公開賽均有Robocup3D的比賽。2005機(jī)器人足球世界杯賽將于2005年7月在日本大阪舉行。中國機(jī)器人足球從2001年開始全國性的競賽活動，2005中國機(jī)器人足球大賽將于今年七月底在江蘇常州舉行。 建造機(jī)器人進(jìn)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(jìn)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(jī)器人足

18、球研究，主要包括清華大學(xué)、中國科技大學(xué)、國防科大、東南大學(xué)、上海交通大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、廈門大學(xué)、北京理工大學(xué)、南京郵電大學(xué)等。東南大學(xué)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(jī)器人足球賽。國內(nèi)的比賽也將在今年七月底舉行，東南大學(xué)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(nèi)都日趨成熟，其仿真器版本已達(dá)10.10；智能體結(jié)構(gòu)、個人技術(shù)動作、球隊的戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)、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(jié)構(gòu)[2] （ 節(jié)下子標(biāo)題：宋體、加粗、小四號） 智能體結(jié)構(gòu)可以分為慎思結(jié)

19、構(gòu)（Deliberative 智能體）、反應(yīng)結(jié)構(gòu)（Reactive 智能體）和混合結(jié)構(gòu)。前兩種結(jié)構(gòu)有其各自的缺點：純粹的反應(yīng)式系統(tǒng)很難設(shè)計直接目標(biāo)的行為；大多數(shù)基于推理機(jī)制的慎思系統(tǒng)不易處理實時信息而且缺少反應(yīng)能力。作為一種主要的混合結(jié)構(gòu)模型，層結(jié)構(gòu)能在實際中有效克服前述兩種結(jié)構(gòu)的缺點。層是結(jié)構(gòu)化功能與控制的有效手段，同時可以使設(shè)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(yīng)能力等。層結(jié)構(gòu)的主要思想是按照智能體的功能將其結(jié)構(gòu)分成2個或更多的混合組織的層，層之間可以互相交互。關(guān)于層結(jié)構(gòu)的詳細(xì)描述請參閱文獻(xiàn)[3]。（此處文獻(xiàn)序號不用上標(biāo)） 1.3.

20、2 個人技術(shù)動作 在球員的個人技術(shù)動作方面現(xiàn)在主要采用的方法有經(jīng)驗式、數(shù)學(xué)解析、機(jī)器學(xué)習(xí)等。 經(jīng)驗式方法簡單，易于編成實現(xiàn)，但是它的誤差較大。數(shù)學(xué)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(jī)器學(xué)習(xí)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(shù)動作方面，歷年的很多強(qiáng)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(jīng)比較成熟，很多隊伍都已經(jīng)具備了很好的個人技術(shù)。 1.3.3 球隊的戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù) 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(wù)器發(fā)給球員送過

21、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(chǔ)，這里介紹兩種球和球員位置速度的預(yù)測模型[7]。 一種是基于BP 學(xué)習(xí)算法的預(yù)測模型，通過對球員和Coach 獲得的位置、速度信息進(jìn)行采樣，因為Coach 獲得的信息是無噪音的，可以將它作為導(dǎo)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(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，對BP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練。在比賽過程中運用訓(xùn)練好的BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對球和球員的位置和速度進(jìn)行預(yù)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(jìn)行編號，格式為

22、章號-式號） (1-1) 圖1.1 系統(tǒng)幅值Mp隨頻率ω的變化曲線 在開發(fā)智能體的同時，各個大學(xué)也開發(fā)了不少輔助工具，如陣型調(diào)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(diào)試提供了強(qiáng)有力的支持。 1.4 本文的結(jié)構(gòu) 本文以_________的研發(fā)工程項目作為應(yīng)用背景，對____________技術(shù)進(jìn)行了研究。全文共分為七章，各章的主要內(nèi)容如下： 第一章扼要地介紹了_____________________________________________的概念、特點與相關(guān)研究背景

23、； 第二章研究了__________________________________； 第三章對__________________________________________________進(jìn)行了研究，給出了_______________________________________的控制方案，并討論了__________________________的設(shè)計方法； 第四章________；……………………… 第六章總結(jié)了全文的研究工作，給出了存在的問題和進(jìn)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

24、Roman字體） 第六章 結(jié) 論 6.1論文總結(jié)（包括：主要工作與結(jié)論、存在的問題） Robocup仿真程序研究是人工智能領(lǐng)域的一個統(tǒng)一平臺，世界范圍內(nèi)的學(xué)校和研究機(jī)構(gòu)正在開展著廣泛而深入的研究，本論文旨在為以后參與進(jìn)來的研究者提供一個基礎(chǔ)，同時要構(gòu)建一個隊伍參加今年七月底在常州舉行的2005中國機(jī)器人足球大賽。經(jīng)過近6個月的工作，本論文已成功構(gòu)建了一支隊伍，同時保存了完整記錄文檔。相關(guān)工作總結(jié)如下。 一、 主要工作及結(jié)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(shè)計方法以及相關(guān)工具。了解UvA底層代碼的特點和工作方式以及各個變

25、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(guān)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(jìn)行測試，得出準(zhǔn)確可靠的模型計算公式。 (4)采用面向?qū)ο蟮乃枷?，分層次、分模塊構(gòu)建智能體的總體框架。 (5)構(gòu)建智能體的結(jié)構(gòu)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(gòu)建一個智能體與SPADES通訊的接口，從而使智能體獨立于服

26、務(wù)器。 (2)個人技術(shù)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(jìn)一步完善。 (3)服務(wù)器和SPADES等相關(guān)平臺還不完善，還在進(jìn)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(guān)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(lǐng)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(jīng)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(rèn)真、細(xì)心加大膽。……………. 致 謝 本設(shè)計（論文）的XX工作是在我的導(dǎo)師XXX職稱？的精心指導(dǎo)和悉心關(guān)懷下完成的，在

27、我的學(xué)業(yè)和設(shè)計（論文）的XX工作中無不傾注著導(dǎo)師辛勤的汗水和心血。導(dǎo)師的嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)態(tài)度、淵博的知識、無私的奉獻(xiàn)精神使我深受的啟迪。從尊敬的導(dǎo)師身上，我不僅學(xué)到了扎實、寬廣的專業(yè)知識，也學(xué)到了做人的道理。在此我要向我的導(dǎo)師致以最衷心的感謝和深深的敬意。 在我的設(shè)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(xué)習(xí)生活中，還得到了許多學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)、系（教研室）領(lǐng)導(dǎo)和老師的熱情關(guān)心和幫助。 在日常學(xué)習(xí)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(xué)業(yè)中給了我莫大的鼓勵、關(guān)愛和支持。 最后，向所有關(guān)心和幫助過我的領(lǐng)

28、導(dǎo)、老師、同學(xué)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(shè)計（論文）和參加答辯的各位老師！ 英文用Times New Roman XXXX 二?一?年六月 于南京 致謝是作者向在自己的學(xué)習(xí)、生活，特別是設(shè)計（論文）完成過程中幫助過自己的人表達(dá)感謝的詞句，應(yīng)是發(fā)自內(nèi)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酌替換或使用。 參 考 文 獻(xiàn) 1. 楊慶,欒茂田,焦建奎等.邊坡漸進(jìn)破壞可靠性分析及其應(yīng)用.第八屆土力學(xué)及巖土工程學(xué)術(shù)會議論文集.北京.萬國學(xué)術(shù)出版社.1999.349-35

29、2 Times New Roman小4號 2. Kuehnlw M R, Peeken H, Troeder C et al. The Toroidal Drive. Mechanical Engineering. 1981.103(2).32-39 3. 徐濱士,歐忠文,馬世寧等.納米表面工程.中國機(jī)械工程，2000.11（6）.707-712 4. 薛華成.信息資源管理.北京:高等教育出版社. 2002年7月. 35-41 5. 姜錫洲．一種溫?zé)嵬夥笏幹苽浞桨福袊?ZL.81056078.1983-08-12 ………………………… （至少10篇） 參考文獻(xiàn)應(yīng)

30、是設(shè)計或論文作者親自考察過的對自己的設(shè)計或論文有參考價值的文獻(xiàn)。參考文獻(xiàn)應(yīng)具有權(quán)威性，要注意引用最新的文獻(xiàn)。 參考文獻(xiàn)以文獻(xiàn)在整個論文中出現(xiàn)的次序用1、2、3……形式統(tǒng)一排序、依次列出。 參考文獻(xiàn)的表示格式為： 著作：[序號]作者.譯者.書名.出版地.出版社.出版時間.引用部分起止頁 期刊：[序號]作者.譯者.文章題目.期刊名.年份.卷號(期數(shù)).引用部分起止頁 會議論文集：[序號]作者.譯者.文章名.文集名.會址.開會年.出版地.出版者.出版時間.引用部分起止頁 學(xué)位論文：[序號]作者.題名[學(xué)位論文](英文用[Dissertation]).保存地點：保存單位.年份.引用

31、部分起止頁 專利：[序號]專利申請者.題名.國別.專利文獻(xiàn)種類.專利號.發(fā)布日期 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：[序號]起草責(zé)任者.標(biāo)準(zhǔn)代號.標(biāo)準(zhǔn)順序號——發(fā)布年.標(biāo)準(zhǔn)名稱.出版地.出版者.出版年份.引用部分起止頁 若作者三人以上，只寫到第三作者，其他人用“等”表示，英文作者用 “et al”斜體表示。非英文的外文作者可以用中文或英文音譯表示出來。 附錄A：硬件設(shè)計原理圖與PCB圖 附錄B：軟件程序清單 9