加州大学伯克利分校（UC Berkeley），蒙特利尔大学和米拉大学的研究人员最近开发了一种分层强化学习框架，以提高四足机器人在足球射击中的精度。这个框架在arXiv上预先发表的一篇论文中引入，被部署在Unitree A1上，Unitree A1是由UnitreeRobotics开发的四足机器人。
“人类的腿不仅用于运动，还可以用于踢足球等操作，我们希望使四足机器人也能获得这种能力，”进行这项研究的研究人员之一Hongyu Li告诉TechXplore。“机器人社区有一个著名的联盟，叫做'RoboCup'（机器人世界杯），几十年来一直在邀请研究人员训练他们的机器人玩足球比赛。
最近的进步使得能够为机器人创建更可靠的硬件和先进的控制算法。因此，机器人现在更加敏捷，可以处理更复杂的任务，包括与人类一起踢足球。李和他的同事们开发的框架可以帮助提高四足机器人在足球比赛中投篮的能力。
新框架有两个关键组成部分：运动控制策略和运动规划策略。运动控制组件允许机器人跟踪其踢腿上脚趾的任意轨迹。另一方面，运动规划策略选择最佳脚趾轨迹，将附近的足球（由外部摄像头检测到）射向目标位置（例如，球门柱）。
“我们的设计使我们能够将精确的足球冲刺任务的挑战分离到两个子任务中：控制和计划，”李说。我们可以首先专注于训练一个可以在硬件上运行的健壮的控制策略，然后重用这样的控制器来学习规划策略。为了在现实世界中精确地将球射向目标，当机器人射击真正的足球时，计划员会使用现实世界的数据进行训练。
Li和他的同事使用A1四足机器人在一系列实际测试中测试了他们的框架。他们发现，它允许机器人以高精度将可变形的足球射向随机目标。这是一项非常复杂的任务，因为机器人需要快速摆动其踢腿并在不失去平衡的情况下获得动力。
“足球带来了更多的挑战，因为机器人不仅需要处理与可变形球难以建模的软接触，还需要处理球与地面之间滚动摩擦的不确定性，”李说。“我们开发用于解决这些问题的方法可能对动态机器人（例如腿式机器人）必须与软物体（例如球，绳索，皮带，衣服等）相互作用的任务可能有用。
在未来，这个研究小组创建的框架可以用来提高机器人在足球比赛中的表现，特别是Robocup。与此同时，李和他的同事们计划设计其他框架和机器学习模型，以提高机器人在足球运动其他元素中的表现。
“我们的长期目标是开发四足机器人足球运动员，有朝一日可以与人类竞争，”李补充说。“我们正在使用四足机器人开发更复杂的足球技能，希望在不久的将来，我们可以使用四足机器人开始一场完全自主的足球比赛。
原文标题：A reinforcement learning framework to improve the soccer shooting skills of quadruped robots
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作者：Ingrid Fadelli
编译：LCR
南都讯 记者梁艳燕 通讯员支媛 机器人踢足球？机器人打篮球？机器人还能智勇闯关？近日，2019年广州市中小学电脑制作活动智能机器人竞赛在广州市第八十九中学举行。活动共有来自全市11个区的141所学校、233支代表队、434位学生和233位指导教师参加本次13个项目的竞赛。
其中，在人型机器人全能挑战赛上，选手们现场编程和调试，操控机器人跨越各个障碍；在太空之旅工程挑战赛分组对决中，选手们争分夺秒地更换组装件，紧张地指挥自己的机器人完成一个个行程挑战；机器人篮球赛比赛场地里，充斥着机器人硬碰硬的冲撞声，气氛甚为紧张。创意闯关的选手们让空旷的场地变得丰富多彩，各小组分工合作，制作出各种有趣的创意作品让人眼前一亮，在创意答辩中，选手们对创意的阐释也充满了奇思妙想。通过比赛，选手们充分展现了自己的创意与动手能力。
智能机器人是集人工智能、机械、电子、控制、计算机和传感器等多学科先进技术于一体的自动化装备，也是人工智能技术应用的重要载体，依托智能机器人开展创客教育、STEAM教育和人工智能教育，激发广大青少年对科技的兴趣，培养具有创新能力的人工智能高端人才已上升为国家战略。广州市是我国机器人竞赛的发源地，首届全国青少年机器人竞赛由中国科学技术协会在广州南沙科学馆举办。近20年来广州市在开展智能机器人科技教育、创客教育、STEAM教育和人工智能教育方面均取得了突出成绩。
广州市教育信息中心大力开展机器人科技教育工作，自2008年开始组织全市中小学电脑作品制作活动智能机器人竞赛，参赛学生共获得省级奖803项、国家级奖19项，以赛促应用，不断提高学生的动手设计、实践创新、工程思维、编程思维、计算思维和交流合作等多种综合能力。广州市教育信息中心申报的教学研究成果《智能机器人“学?做?创”教学模式的创新实践》荣获2018年基础教育国家级教学成果奖二等奖和2017年广东省教育教学成果（基础教育）特等奖。
“时间已经不多了，蓝队还有机会反超吗？”11月5日，第五届进博会的人工智能体验区正举行一场特别的足球赛。
“我看蓝队要进乌龙球了。”现场观众时不时被机器人的动作逗笑，同时啧啧称奇看得相当入迷。
这是一场RoboCup机器人世界杯足球赛，软银机器人的NAO人型双足机器人是该赛事的指定标准平台。
这一比赛模仿人类足球比赛进行，拥有类似的比赛场地，类似的规则，以及类似的裁判机制，是机器人界专业的足球竞技比赛。与一般意义上的遥控机器人执行指令不同，在比赛场上，各队的NAO机器人需要完全独立自主地完成一场比赛。这就意味着机器人需要具备“自己的思想”，并且懂得制定策略，打好团队配合。其真正比拼的是场外功夫——比拼的是智能算法，包括图像处理、模式识别、运动控制、自主定位、智能决策等。
带来现场表演赛的是同济大学机器人与人工智能实验室。他们的TJArk队伍在2018年获得了世界第三名，也代表了目前国内最高水平之一。来自该实验室的研究人员李树介绍，无论是企业还是研究者，大家的共同目标是在2050年，使仿人机器人达到人类足球运动员的水平，甚至打败一支人类球队。
机器人足球比赛为人工智能和智能机器人学科的发展提供了一个具有标志性和挑战性的课题，为相关领域的研究提供了一个动态对抗的标准化环境。
栏目主编：章迪思
来源：作者：卢芳明
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