基于2对2足球机器人进攻策略的设计与研究.rtf

基于2对2 足球机器人进攻策略的设计与研究 摘 要摘 要： 足球机器人进攻由找球、追球和击球三个环节组成，但在进攻过程中会出现乌龙球 死球等多种环节的情况。本文将以中鸣 2对 2 小型足球机器人为例对找球、追球、击球、 乌龙球和死球五个环节的策略进行设计与研究。 关键词关键词： 2 对2 足球 机器人 进攻 策略 正 文：正 文： 随着中小学信息技术教育课程改革的深入和人工智能技术的飞速发展，人们已逐步 认识到，在信息技术教学中渗透机器人学科知识与机器人应用前景方面的教育已势在必 行。 而足球机器人作为机器人项目中一项集学生科技素养、创新能力、合作能力和实践 能力培养于一体的项目得到了广大中小学生的青睐。 机器人足球赛的最大特点是在整个比赛过程中，人不允许介入控制。足球机器人完 全通过人事先编制的合作与协调策略程序进行比赛。因此，足球机器人的进攻能力不单 单取决于机器人本身的硬件水平，更重要的还取决于在各种复杂的动态环境下如何应付 变化的策略。 笔者将结合我校开展足球机器人教学的经验，以中鸣机器人为例对 2:2 小型足球机器 人进攻中找球、乌龙球、死球、追球和击球五个环节的策略进行设计与研究。 一、足球进攻机器人的任务一、足球进攻机器人的任务 在2对2 足球机器人比赛中，参赛每方都必须准备两个机器人。赛前必须明确一个为 进攻机器人，另一个为防守机器人。（如图 1） 进攻机器人，其任务就是把足球踢进对方的球门。首先要找球，找到球后，还必须 要判断球的位置和方向，确定球的方向后，才能完成踢球动作，否则会出现踢乌龙球的 情况。其整个进攻过程为“找球追球（判断是否是死球或乌龙球）击球”。 （如图2） 1 二、进攻策略分析与研究二、进攻策略分析与研究 1 1、找球及策略分析、找球及策略分析 不同于人类比赛的用球，足球机器人使用的足球是由红外发光管而做成的能发射红 外光的电子“足球”，所以找球就要使用能接收到红外光的的复眼传感器（如图 3）。 上电后，进攻机器人以 100 的速度向前进 1.2 秒，然后转圈检测球的位置，如果没有找到， 则继续以100 的速度向前进1.2 秒，然后再转圈找球。 复眼找球非常准。当机器人在已方或敌方半场时，其复眼所有通道都没有发现球， 则说明球不在这个半场，就要跑到另一半场找球。但必须注意的是，在设定看球的阀值 时，最好先测试一下比赛场地的亮光值，再根据测试夫人值适当修改作为其看球的阀值， 以避免设得过小而使机器人会乱跑；设得过大而出现看不到球的问题。 2 2、乌龙球处理及策略分析、乌龙球处理及策略分析 当找到球后，机器人要识别球的方向，如果是向着已方球门的方向，就不能立即踢 球了，如果踢的话就成为乌龙球了。因此，机器人要转到球的后面去踢球。 转到球的后面，如果球离场边太近，机器人就不能往离场边近的方向转了，不然就 会撞到场边的墙壁而转不了，而超声波距离测量模块就可以知道机器人是离左边场的墙 壁近还是离右边场的墙壁近了。 需注意的是，一个足球机器人上需对称地在其主控器的左右安装两个。根据左右两 个超声波返回的数值进行比较，当左边返回值大于右边返回值，则表示机器人离左边远、 离右边近；反之，则表示机器人离左边近、离右边远。 3 3、死球处理及策略分析、死球处理及策略分析 机器人在踢球过程序中，可能会出现以下情况： 第一，球在四角被卡死了。 第二，如果机器人在最大的时间里，其角度差小于 15 度时，那么就说明球被卡死或 是机器人被卡死。 可具体卡在哪个角落，用角度传感器来判别，而采取相应的处理策略。 下面就球被卡在四个角的情况进行具体的策略分析。 具体策略为：（参照图4） 如果卡在左上角（敌方）时，则机器人可采用右转一个小角度的方法； 如果卡在左上角（敌方）时，则机器人可采用左转一个小角度的方法； 如果卡在左下角（己方）时，则机器人可采用右转一个大角度或先后退再转弯的 方法； 如果卡在左下角（己方）时，则机器人可采用左转一个大角度或先后退再转弯的 方法； 4 4、追球及策略分析、追球及策略分析 策略一：转弯时一轮保持不动、一轮转弯 用机器人的复眼找球，当 1、2、3 号通道看到球时，机器人的左轮不动，右轮正 转，机器人向左边运动，当复眼的 5、6、7 号通道看球时，机器人的右动不动，左轮正 转，机器人向右动运动，当复眼的 4 号通道看到球时，机器人的左、右轮同速正转，机 3 器人就朝着球的方向运动，达到找球的目地。(如图 3) 策略二：转弯时一轮前进、一轮后退 在参加全国赛、省里比赛时，笔者发现，其中存在一个问题，那就是机器人的反应 速度比较慢，在与强手的实战中，速度放在第一位，分秒决定胜负。 到底是慢在哪里？经过仔细分析，笔者发现，当球的方向是在机器人的左边或右边 时，机器人要调整方向采用了一边轮子不动，一边轮子正转的方式，可以看出，这是导 致机器人反映慢的原因。我们可以采取一边正转一边反转的方法，使机器人正对着足球， 然后全速直冲过去，这样的速度就会快很多。 但这样也会存在一个问题，那就是在离球距离近的时候会容易过冲，因此要分阶段 处理。当离球比较远的时候，可采用响应快的程序，离球较近时候则采用响应慢的程序。 5 5、击球及策略分析、击球及策略分析 为了能让机器人更好的进攻，可把球场分为三个区（可根据自己策略来定），机器 人在不同的区域就可以采用不同的进攻策略。 怎样才能分区域呢？可采用超声测距模块。球场的情况是变化的，超声测距模块只 能提供场上的大概位置，不能为机器人提供精确的位置。 机器人在追球的过程中，其角度为 0 度、90 度、180 度、270 度的概率不小，因此可 设八个全局变量。当机器人的角度为 0 度或 90 度、180 度或 270 度时，就读取超声测距 模块的值，并把其变量值存贮到全局变量中。 当机器人离球较近时，读取全局变量的值，并判断机器人大概在球场上的位置，进 而采取相应的策略。 值得一提的是，在击球时，可能因电力或其他的原因，机器人会出现击球时的弧度 过大或过小，可通过修改击球马达的转速来解决这一问题。 结 语：结 语： 一模一样的足球机器人硬件，不同的进攻、防守策略，其结果是完全不一样的。 虽然机器人踢足球仍然存在着许多的弱点与不足，但通过不断的改进机器人的硬件 不断完善机器人进攻与防守的策略，我们完全有理由相信：到 2050 年左右按国际足联比 赛规则, 用机器人足球队打败人类足球冠军队的最