揭秘哈工大機器人足球隊

2021-01-21 哈爾濱工業大學新聞網

     科技日報 2007年06月28日 (實習生徐光勝 本報記者李麗雲 ) 報導:

   

    1997年,一臺名為「深藍」的計算機戰勝了西洋棋世界冠軍卡斯帕羅夫,舉世震驚:機器戰勝了人類! 

    2007年6月14日至17日,在美國舊金山舉辦的第十二屆國際機器人足球聯盟(FI鄄RA)世界盃機器人大賽中,哈工大機器人足球隊在眾多參賽隊伍中脫穎而出,獲得了該項目的世界盃冠軍。技術的發展,從來都是超出我們的想像。是否想到,會不會下一個10年後的世界盃足球賽上,參賽的一支球隊由機器人組成,再次上演一場「人機大戰」呢?一切皆有可能! 

    但是,現在,機器人也能踢球?很多人覺得不可思議:它們長啥樣?這些足球隊員們是怎樣踢球的?真是用腳在踢嗎?它們怎樣配合的? 

    帶著這些疑問,記者採訪了國際機器人足球聯盟副主席、哈工大類人型足球機器人系統課題負責人洪炳�教授,也有幸見識了這些「冠軍球員」們現場踢球的精彩表演。 

  ―――類人型足球機器人――― 

    第一眼看到,就讓人驚豔―――整個外形像極了動畫片中的「變形金剛」,而且很懂禮貌:在工作人員的指揮下,集體向我們彎腰「問好」。 

    稱其「類人」,此言不虛,雖然個頭兒不高,約35釐米,外殼為金屬和塑料相結合而成,但形體結構跟人相仿:有腦袋,有胳膊有腿……四肢健全,胳膊由3個電機組成,而腿則有5個電機,整個身體一共有16個4伏小電機。這些電機可是每一個身體動作完成的物質前提,與其說「它抬起了胳膊」,不如說「它胳膊上的電機工作了」。靠著這些電機,屈膝、伸胳膊伸腿,對它們來說小菜一碟。它們背後都吊著一個小尾巴似的藍牙無線信號接收端,用來接收主控機的各種指令,洪教授說以後會放到頭上,那樣的話,腦袋則名符其實成了「大腦」了。 

    當然,堂堂一個足球隊,哪裡少得了教練―――主控機系統:一臺裝有各種指令的電腦,它的另一端連著懸在球場上方的監控攝像機。與人類足球不同,比賽中,這「教練」手伸得有點長了:從是否抬腿踢球,到誰踢這個球……一切都由它說了算,所有「球員」都受它指揮。 

  ―――六大疑問――― 

    怎麼識別「隊友」? 

    球場上風雲變幻,認識周圍環境是踢球的關鍵:怎麼識別「隊友」?怎麼識別這移動著的是球?球門在哪裡……這一切有賴於主控機系統上的「全局視覺系統」。 

    球場上方的攝像機是整個球隊的「眼睛」,通過它,整個球場現場信息進入主機,「全局視覺系統」將之轉化為一個數字坐標系,對整個區域進行精確定位。 

    同時,根據「球員」頭頂所標色塊的不同,主機將它們分為對方、我方,並會將這些「球員」編號,一一識別。這種識別,也包括對球的識別,球不過是一個特殊的「點」。 

    開賽之後,在主機「眼裡」,整個球場就是一個坐標系,球員和球、球門等就是這些坐標系中或動或靜的「點」。通過「全局視覺系統」,主機實時的分析球場信息,發出指令,指揮「我方球員」在「坐標系」內「衝鋒陷陣」:追球、攔球、配合……看起來好像「球員」長了眼似的,實質上,「球員」們的一舉一動都受主機「擺布」,即使同一方的「球員」,彼此間也是沒有任何「感情」可言的。 

    可見,表面看是球員「認識」周圍環境,事實上是主機「坐觀全局」。 

  怎麼踢球? 

  說到機器人踢球,很多人會想到這樣的情形:方塊盒子,像吸塵器似的貼著地面移,碰到球後將球撞到一邊―――「整個一打撞球」……不過這都是若干年前的「老皇曆」了。 

  類人足球機器人真的是在踢,用腳踢。 

  一旦與球達到合適距離範圍,「球員」背後小尾巴似的藍牙無線信號接收端,就會接到主控機的踢球指令,機器人立即調用體內存儲的踢球程序,對準足球,執行踢球動作。 

    其踢球動作迅速:抬腿―――伸腳―――我踢,也就1秒左右。當然,效率也高,幾乎是百發百中,彈無虛發。由於身體重心放在一條腿上,為防摔個「狗吃屎」,同時還要揮動雙臂,以保持身體平衡。 

  不過,畢竟是機器,它們每次的踢球動作太「標準」了―――每次抬腳的高度、角度一模一樣。但這是可以在賽前進行調整的,之後,球員們就會「不厭其煩」的執行新「標準」了。 

  怎麼攔球? 

  所謂「攻守兼備」,球場上,光會踢球還不行,還要會攔球,所以,守門員就要「辛苦」一點了。 

  球一旦接近球門,像「球員」們踢球一樣,「守門員」會接到主控機的守門指令,它將立即調用體內存儲的守門程序,執行守門動作。它的「必殺技」就是劈腿,跟個體操運動員似的,標準的貼地180度劈腿。好在機器人踢出的球,都是貼著地面滾,飛不起來,「守門員」的腿又足夠「粗壯」,順利攔球就不在話下了。 

  但是,「守門員」怎麼知道球是從哪個方向「衝」過來的,有沒有劈腿劈個空,球卻從旁邊滾入球門的情形嗎?其實,每次執行攔球指令前,主機還會發出一條指令,指揮「球員」迅速把攔球的角度調整好。只要能趕在球「襲來」前劈腿,攔球就是十拿九穩的。 

  怎麼爬起來? 

  足球比賽,哪能沒個跌跌撞撞的!一般機器人倒下後很難起來,而足球機器人倒地後,則會自動起立:腳貼地―曲膝―雙臂按地―身體前挺―起身―直立,整個過程只有3秒左右,動作幾乎和人一模一樣。 

  與踢球、攔球等動作不同,「倒下自動站立」是足球機器人的「本能」,不需要經過主控機「下詔」。原來,在機器人體內,置有傾斜傳感器,它的作用是:一旦機體符合倒下的角度範圍,就會自動調用體內晶片中存儲的站立程序,執行站立動作。 

  其實,無論是踢球、攔球還是自動站立等動作都是一種複雜動作,而這些動作的完成,都是事先將完成這些動作的程序存入體內晶片中。只不過,前二者靠主機適時發出指令「喚醒」,而「倒下自動站立」則靠身體內的傾斜傳感器來「喚醒」而已。 

  怎麼合作? 

  比賽正酣:球來了,機1立即衝過去踢―――機2接著又是一腳―――球滾向球門……而這一切,都是在沒有人的指揮下進行的。 

  如此瞬息萬變,它們竟也能「心有靈犀」,配合默契。 

  表面上看,是機器人的自主行為,而在背後,這一切都是「教練」―――主控機「指揮有方」:通過「眼睛」,將球場的變化傳回電腦,實時分析場地的具體形勢,依靠電腦內的「自主決策系統」,迅速選擇出球員,同時向該球員發出奔跑指令和踢球等指令,類似於喊:「球來了,1號球員快踢。」待該「球員」執行指令後,根據球場變化,主機會接著分析並發出其它指令。而這種指令不間斷的發出,各個「球員」接收各自指令,並採取相應行動,從而達到互相配合的目的。 

  正是基於這種「本事」,「球員」們才能在無人狀態下互相合作與協調踢球。 

  -新聞緣起 

  6月14日至17日,在美國舊金山舉辦的第十二屆國際機器人足球聯盟(FIRA)世界盃機器人大賽中,哈工大機器人足球研究中心首次推出的基於全局視覺的類人型機器人足球系統,奪得了該項目的冠軍。 

  該系統的負責人洪炳�教授對記者說,該項目的研發成功意味著機器人足球隊與人類足球隊之間的較量是完全可行的,甚至機器人足球打敗人類足球也是可能的,這意味著人類與機器人共存的機器人社會的實現並不是遙遠的事情。 

  利用類人型機器人的運動比賽,可以促進類人型機器人的各種關鍵技術,同時通過類人型機器人的各種運動和技巧的分析,提高人類各種運動比賽的技巧。 (據本報6月21日電)     

  -相關連結 

  關於機器人世界盃足球比賽 

  機器人世界盃足球比賽是由韓國科學家金鐘煥教授於1995年提出的。 

  1997年6月,14個國家代表共同協商成立了國際機器人足球聯盟(FIRA),並決定每年舉辦一屆機器人足球賽。同年7月,在洪炳�教授的倡導下,國際機器人足球聯盟中國分會成立,分會設在哈工大。 

  從1999年至今,中國機器人足球隊已經發展到50多個,參加了7次世界盃機器人大賽,均取得了輝煌的戰績,中國機器人足球已經走向國際舞臺。2001年北京舉辦的第六屆世界盃機器人足球賽中哈工大提出的全自主型機器人足球和仿真型機器人足球比賽成為FIRA認可的比賽項目。FIRA的比賽項目分別是:半自主型機器人足球、全自主型機器人足球、仿真型機器人足球、類人型機器人足球。其中,類人型機器人足球是最高級別的項目。 

  類人型足球機器人的意義 

  機器人足球希望解決計算機所不能解決的面對真實世界的複雜問題,它的最大魅力在於通過競賽激發科學創新思想,為機器人的研究與應用提供了一個平臺。洪炳�教授說,機器人足球理論上的最終目標是與人類足球隊較量,類人型機器人足球隊的出現,無疑加速了實現這個目標的進程,同時還將大大促進類人型機器人在各個領域的應用。 

  機器人研究技術成熟後,將建立機器人消防隊、部隊、救護隊,在遭遇火災、地震、核洩漏等災害時,讓機器人進入這些地方工作,減少不必要的人員傷亡,同時還能像人類一樣採取策略,取得良好的救災效果。未來,還將在汽車裡安裝機器人,讓其代替突然發病或酒後無法駕駛的司機駕車,避免交通事故發生。目前,類人型足球機器人項目已列入國家中長期發展規劃綱要。 

相關焦點

  • 35位世界知名教授哈工大兼任博導
    據哈工大外事處副處長範洪波介紹,此次引進的35位外國專家,均是來自世界著名大學的知名教授,如美國賓夕法尼亞州州立大學數學系及材料研究所曹文武教授,美國德克薩斯大學(奧斯丁)高級研究員周建十,美國紐奧良大學物理系唐勁科教授,英國伯明罕大學物理與天文學院納米物理研究實驗室RichardE.Palmer教授,牛津大學工程科學系PeterD.McFadden教授,東京工業大學副校長下河邊明教授,新加坡南洋理工大學電氣與電子工程學院控制與儀表系主任蘇榮才教授
  • 哈工大機器人中山基地啟動金剛石單晶材料項目
    9月11日,大尺寸高品質金剛石單晶材料生產裝備及工藝技術研發和產業化項目,在哈工大機器人中山基地正式啟動。該項目今年6月成功獲批廣東省重點領域研發計劃-第三代半導體材料與器件專項,由哈工大機器人(中山)無人裝備與人工智慧研究院(下稱」HRG中山研究院「)負責總體統籌及規劃。
  • 哈工大研製的衛星拍到了!月...
    哈工大研製的衛星拍到了!月...哈工大研製的衛星拍到了!月底它就要撞月球》王越韋明川日全食是地球上所能看到的最壯觀的天象。在地球上觀測日食已經不罕見,但你可曾想過,在月球上觀測日食,會是怎樣的場景呢?日前,由哈工大研製的繞月衛星龍江二號便獲得了這樣一次機會。
  • 捐出800萬獎金的劉永坦,報考哈工大有前途
    哈工大除了有悠久的歷史,它還有發展的潛力,近年來,它與有「哈工大有哪些優勢專業在哈工大,本部就有22個學院,84個本科專業,涵蓋了哲學、經濟學、法學、教育學、文學、歷史學、理學、工學、管理學、藝術學等10個門類。它也在向綜合大學的方向發展,但哈工大的優勢專業還是偏向理工科。
  • 中國機器人足球隊三奪「世界盃」 比真人傳球更準
    我機器人足球隊三奪「世界盃」 比真人傳球更準本報記者 江 耘正當2018年俄羅斯世界盃激戰正酣時,加拿大蒙特婁也舉辦了一場足球世界盃,不過參賽球員並非人類,而是機器人。日前,在Robocup2018(機器人世界盃)比賽中,浙江大學ZJUNlict隊獲得機器人足球賽小型組冠軍。這是浙江大學隊第三次奪冠。帶球用「嘴」,爭搶靠「吸」機器人世界盃,跟人類世界盃比賽的比賽規則有些區別。
  • 中山大學(深圳)和哈工大(深圳),哪個更好?網友:看你學啥
    哈爾濱工業大學(深圳)是哈工大的一個校區,不是分校,不是三本,不是分校,不是三本,重要的事情說三遍。哈工大與深圳市政府合作共建,深圳每年給了大部分資金,是廣東省、深圳市的一所大學。哈工大深圳和哈工大本部共有所有資源,但是又相對獨立,比如哈工大的每年經費預算,你網上查不到,但是哈工大深圳的經費卻是公開的,每年也不是很多,大概在11億左右。
  • 哈工大機器人集團智慧物流解決方案入圍「中國創翼」總決賽
    來源:新華網黑龍江頻道頒獎儀式現場近日,第四屆「中國創翼」創業創新大賽暨第五屆山東省創業大賽落幕,哈工大機器人(濟南)科技創新基地(以下簡稱「HRG濟南科創基地」)憑藉工業網際網路體系下的智慧物流解決方案及產業示範項目勇奪創新組二等獎。
  • 哈工大反擊:成立計算學部!清北沉默,BAT太忙了……
    哈工大成立計算學部哈工大計算學部將根據國家重大戰略需求凝練重大科研方向,凝聚學部科研力量,打造國之重器,大團隊攻關優勢,聯合申報重大科研項目、建設重大科研平臺、培育重大科研成果;特別是在自主工業軟體、網絡基礎設施安全等國內目前比較薄弱的環節領域,會重點投入資源進行攻關。而之前被美國禁止用的MATLAB軟體,就是屬於自主工業軟體範疇裡的經典應用。
  • Nature特刊祝賀哈工大百年校慶,美實體清單王牌選手「被迫」高調
    《自然》雜誌特刊推介百年哈工大(圖片來源:Nature)多位第一,鑄就百年輝煌它是中國第一所建立航空學院的大學,也是第一所獨立研發小型衛星的大學,為我國航天事業做出了傑出的貢獻,包括首次發射長徵五號和長徵七號,天宮二號太空實驗室和神舟十一號載人飛船等;
  • 2019年全國機器人企業數量大排名(省份榜|7月)
    2019-05-06 海寧哈工我耀機器人有限公司上海分公司 成立海寧哈工現代的投資方之一海寧哈工我耀機器人有限公司在上海的分公司2019-05-16 新松機器人文旅開發建設(鄂爾多斯市)有限公司 成立投資方:新松機器人文旅產業發展(西安)有限公司投資方:遼寧正成實業有限公司新松機器人投資旗下——天津——西安2019-05
  • 哈電電機攻克發電設備大型關鍵部件機器人焊接應用難題
    1月13日,哈電集團哈爾濱電機廠有限責任公司(簡稱哈電電機)對外發布,哈電電機成功攻克機器人窄間隙氣保焊生產應用難題,首次實現發電設備大型關鍵部件機器人焊接,標誌著此項技術已經達到行業先進水平。
  • 哈電電機首次實現發電設備 大型關鍵部件機器人焊接
    於玉坤 記者 李愛民攝近日,哈電集團哈爾濱電機廠有限責任公司(簡稱哈電電機)成功攻克機器人窄間隙氣保焊生產應用難題,首次實現發電設備大型關鍵部件機器人焊接。此次通過應用先進、高效、智能的機器人窄間隙氣保焊技術,哈電電機成功完成大型混流座環固定導葉與環板焊接。經檢驗,焊縫UT(超聲檢測)探傷一次性合格。相比常規焊接方式,單個焊口焊材消耗量下降76%,焊接周期減少50%。
  • 「無微不至」:納米機器人能鑽進你細胞釋放原子級藥物
    2016世界機器人大會上,各式各樣的機器人展示了他們上天下海、從專業任務到雜耍無所不能的力量,而機器人研究潮流之一——納米機器人的相關成果也引起人們的關注,比如由哈工大機器人集團研製的具備位移反饋傳感器的納米操作機器人,在超過釐米以上的運動範圍內仍能保證納米以下的定位精度
  • 智能製造新突破 哈電電機首次實現發電設備大型關鍵部件機器人焊接
    智能製造新突破 哈電電機首次實現發電設備大型關鍵部件機器人焊接 2021-01-15 11:38:25 來源:黑龍江日報 作者:賈瑞燕 於玉坤 記者 李愛民   近日,哈電集團哈爾濱電機廠有限責任公司
  • 哈空調:與關聯人共同投資暨關聯交易
    哈空調:與關聯人共同投資暨關聯交易 時間:2020年03月31日 20:36:38&nbsp中財網 原標題:哈空調:關於與關聯人共同投資暨關聯交易的公告一、對外投資關聯交易概述 哈爾濱空調股份有限公司(以下簡稱:「哈空調」或「公司」)於2020年3月31日召開2020年第三次臨時董事會會議,審議通過了公司《關於與關聯人共同投資設立合資公司暨關聯交易的提案》,同意公司與哈爾濱工業投資集團有限公司(以下簡稱:「工投集團」)、哈爾濱工大高級氧化技術與裝備工程研究中心有限
  • 北航、哈工大、西工大和南航各有什麼特點?
    航空航天最強的大學 現在公認最強的有:北航、哈工大、西工大和南航。國防科大也很強,但因為它是軍校,這裡就先不說它了。 這四所學校雖然不是軍校,但都屬於工信部所屬學校,也就是當年的國防科工委下屬的大學,是國防七子裡的四子。國防七校都有航空航天專業,實力都不弱,像北理工、哈工程也很強。
  • 機器人足球賽上演人機「互搏」
    中型機器人足球賽是機器人世界盃的主要項目之一,每支參賽隊的機器人數量不超過5臺,單個機器人重量不超過40公斤。記者在現場看到,機器人可以根據場上不同情況自主進行傳球、射門、跑位等動作,也可以打出簡單的戰術配合。「我們距離讓機器人與人類足球運動員同場競技的目標越來越近。」Water隊領隊王雪雁說。
  • 「科學向日葵」蔡鶴皋院士——開啟中國工業機器人騰飛之旅
    1985年,蔡鶴皋作為航天部任命的焊接機器人總師,用時兩年成功研製了我國第一臺「華宇一型」弧焊機器人,並在項目中完成了機器人本體及計算機控制系統硬體與軟體的設計、研製及調試,解決了機器人軌跡精度及路徑預測控制等關鍵技術。該項目在北京軍事博物館展出,轟動一時。當時香港報紙甚至將它與我們人造衛星的研製成功相媲美。
  • 百年新夢,啟於遇見 | 哈工大2020級MBA哈爾濱3班見面會暨破冰活動...
    擺拍也很美除了有精緻的小蛋糕還有一個「網紅蛋糕」令在場的所有人都嘖嘖稱奇這個將近一米長,半米高的大蛋糕是按照等比例縮小的尺寸神還原了「哈工大教學樓主樓」這是哈工大▲班委風採班訓:致知力行 修己惠人致知:出於《禮記·大學》:「欲誠其意者,先致其知,致知在格物」修己:出於《論語·憲問》:「修己以敬,修己以安人,修己以安百姓」「致知力行 修己惠人」釋義為:期待用我們在工大這幾年不斷豐富的學識
  • 西工大、北航、哈工大哪所大學的航空專業最好?考上哪所都不吃虧
    西工大,北航,哈工大哪所大學的航空航天專業最好?考上哪所都不吃虧說到我國的航空航天專業那個高校優勢最明顯,最好的當屬於國防七子的高校了,開設該專業的執牛耳者有北航、西工大、哈工大、南航等名校,都是我國航空航天領域最好的大學,學航空航天與三飛專業首先應該考慮這三所高校,我們先來了解一下這幾所航空名校。