机器人足球实验报告

1、1 课程设计分析 11 课题要求（1）了解5Vs5机器人足球仿真比赛平台及其策略。（2）在C语言编程环境下，完成策略的编写和调试。（3）运用所写的程序进行足球机器人比赛，并在比赛中完善所写的策略。12 编写目的通过对机器人足球仿真这一课程设计的了解，设计，编写和调试，实现足球策略在机器人上的优化应用，使己方机器人仿真足球队在比赛中获胜。最终达到能熟练运用C语言程序设计知识解决实际问题，实现具体目标的目的，并初步掌握工程化项目化软件开发的方法及过程。13 背景机器人足球如今已为越来越多的人所关注。其国际认可的比赛按机器人可分为三大类：大中型机器人足球实物组比赛，微型机器人足球实物组比赛，机器人足

2、球仿真组比赛；按数量分可分为：3vs3，5vs5，11vs11等。机器人足球仿真5vs5组比赛是在国际认可的同一平台The Robot Soccer Simulator Director 8.5上运行各队的策略，从而实现比赛的目的。而其策略是基于Visual C编写的，只要掌握了C语言课程设计的知识就可以实现策略的编写。 2用户手册 21运行环境要求 Pentium III 600 MHz 256 megabytes of ram TNT2 3d Graphics accelerator with 32 megabytes of ram 24x CD-ROM Screen resolution

3、 of 800 x 600 16 bit Sound card Microsoft Windows 98 Direct X 8.0 10 megabytes of free hard drive space Director 8.5 Visual C+ 6.0 22使用方法 将包含源代码的工程文件用Visual C+ 5.0以上版本打开，编译（快捷键F7），链接生成动态链接库。 把生成的动态链接库文件复制到C:Strategeblue目录下。并更具需要更换文件名称。 打开5Vs5平台程序，将文件名称输入到STRATEGIES目录下的Blue栏中，再用鼠标单击Lingo把链接状态更改为C+，然后

4、在点击Send选项。链接文件过程完成。 在右侧的工具栏中，点击STARE，开始比赛。 如需进一步了解该软件的用法，单击右下角HELP选项。 23注意事项 本文中所提供的策略程序，只能在蓝队（右队）中使用。 3.系统设计 31程序预期功能实现进攻防守两大功能的合理灵活的切换；通过实现快速反应，精确定点定向移动，路线优化设计等方法实现高效进攻和防守。 32功能模块的划分4 详细设计及算法 41进攻的详细设计及算法（1）当球在对方半场时为进攻模式1 主攻1：当球接近对方禁区时，在对方球门罚球区守侯，伺机射门；否则辅助助攻球员进攻。主攻2：当球接近对方禁区时，在对方球门大禁区一侧守侯，伺机射门；否则辅

5、助助攻球员进攻，控球。助攻1：控球，将球带进对方禁区，辅助主攻机器人进攻。助攻2：在助攻1机器人后方适当位置定点，随时接应助攻1机器人。守门员：调整位置到初始位置 （2）当球在我方半场且不由对方控球时为进攻模式2 主攻1：控球，将球带进对方禁区，辅助主攻机器人进攻。主攻2：在助攻1机器人后方适当位置定点，随时接应助攻1机器人。助攻：准备进入对方半场并寻找有利攻击位置。 防守：定位到球与我方球门之间的适当位置，随时准备截球。 （3）另外一套进攻方案： 每个机器人都作为一个独立的实体，分别进行判断： 机器人1：当球在对方半场大禁区线外时，追球；当球在对方半场大禁区线内上方时，留守下方，准备接反弹出

6、来的球；当球在对方半场大禁区线内下方时，留守中间，伺机射门。机器人2：当球在对方半场大禁区上下方时，将球传向门前；当球在对方大禁区和中场线之间时，控球，将球带向球门。机器人3：。始终追球机器人4：当球在对方半场大禁区线外时，追球；当球在对方半场大禁区线内上方时，留守中间，伺机射门；当球在对方半场大禁区线内下方时，留守上方，准备接反弹出来的球。42防守的详细设计及算法当球在我方半场且对方控球时为防守模式 主防：定位到球前方截球，使球向对方半场移动。 助防：定位到球与球门之间的适当位置截球，协助主防和守门员。 后卫1：定位到球门前适当位置做好截球接应准备。后卫2：定位到球门前适当位置做好截球接应准

7、备。守门员：开始就自行运动到如图所示位置，这样可借助球门柱防止守门员因惯性偏离球门，可大大提高其运动速度，并可减少与其他队员的碰撞。不足之处在于因碰撞而姿态变化后调整空间较小。 （1）当球在图中所示阴影内时，守门员的Y坐标尽量与球保持一致，当球坐标在球门范围外时，守门员保持在离球最近位置侯球。（2）当球在图中所示阴影内时，守门员进入积极防守状态。 积极防守状态按球的方向和位置不同分四种状态： （1）球的运动方向指向球门，此时守门员应位于球的运动方向上，阻截球的运动。（2）球的运动方向背离球门。此时守门员应位于球与两门柱连线夹角的角平分线方向上，为下一次截球作准备。（3）在图示情况下，守门员的Y

8、坐标尽量与球保持一致，当球坐标在球门范围外时保持 ,球门内时运动。(4)当球在如图虚线内运动时,守门员与球相反运动,以把球撞出. 43数据结构机器人球员的数据 （Vector3D pos表示机器人的三维坐标； rotation表示机器人的方向； velocityLeft表示机器人的左轮速度， velocityRight表示机器人的右轮速度；） typedef struct Vector3D pos; double rotation; double velocityLeft, velocityRight; Robot; 对方机器人 （成员意义同上） typedef struct Vector3D

9、 pos; double rotation; OpponentRobot; 总的环境参量结构 （homePLAYERS_PER_SIDE表示我方几号机器人；opponentPLAYERS_PER_SIDE表示对方几号机器人；currentBall表示当前球的位置，lastBall表示上个周期球的位置，predictedBall表示下个周期球的位置，用来预测球下个周期位置；fieldBounds表示场地边界坐标，goalBounds表示球门边线坐标；gameState表示比赛状态， whosBall表示球的掌控状态， *userData预留给用户的数据指针） typedef struct Rob

10、ot homePLAYERS_PER_SIDE; OpponentRobot opponentPLAYERS_PER_SIDE; Ball currentBall, lastBall, predictedBall; Bounds fieldBounds, goalBounds; long gameState; long whosBall; void *userData; Environment; 44程序流程 45函数说明基本动作 void PredictBall ( Environment *env ); 预测球的位置，单步预测，运用微量调节。入口参数：环境参量。void Velocity

11、( Robot *robot, double vl, double vr ); 将响应产生的机器人速度写入系统参量中，即引发机器人运动。入口参数：机器人指针，左轮速度，右轮速度。void Angle1(Robot *robot,int desired_angle); 使机器人转到预定角度。入口参数：机器人指针，预定角度。void AngleOfPosition(Robot *robot,double x, double y); 使机器人转某一角度，指向特定点。入口参数：机器人指针，特定点横坐标，特定点纵坐标。以下函数有方向性,基于以上的基本动作void NormalGame_Right( En

12、vironment *env ); 右队总策略。入口参数：环境参量。void Defender_Right(Environment *env); void Defend1_Right(Environment *env); void Defend2_Right(Environment *env); void Defend_Right_py(Environment *env); 右队防守策略。入口参数：球员指针，环境参量。void Defence1_Right(Robot *robot,Environment *env);右队防守策略。入口参数：球员指针，环境参量。 void GoalKeeper

13、_In_Right(Robot *robot,Environment *env); 右队守门员策略。入口参数：球员指针，环境参量。新加入的策略 void Kick( Environment *env, Robot *robot, double aim_angle ); 基本动作，绕到球后方，带球运动到对方球场。入口参数：环境参量，球员指针，目标角度。void Position1_cz( Robot *robot, double x, double y ); 移动到预定点，这是整个程序最重要的底层函数基础。入口参数：球员指针，预定点横坐标，预定点纵坐标。void Position_py(Robo

14、t *robot, double x, double y); 移动到预定点，无速度衰减。入口参数：球员指针，预定点横坐标，预定点纵坐标。void Attack_cz1( Robot *robot, Environment *env ); void Attack_hx( Robot *robot, Environment *env ); 机器人攻击策略。入口参数：球员指针，环境参量。void Shoot_Right_cz( Robot *robot, Environment *env ,double aimx ,double aimy); 射门函数，这是进攻中最重要的底层函数基础，引导机器人相指

15、定点射门。入口参数：球员指针，环境参量，指定点横坐标，指定点纵坐标void Goalkeeper_right_hx( Robot *robot, Environment *env ) 根据球的运动轨迹，预计球将到达球门的位置，移动到该点截球。入口参数：球员指针，环境参量。void Goalkeeper_Right_py2( Robot *robot, Environment *env )快速反应，在球的运动方向上拦截。入口参数：球员指针，环境参量。5总结 51 存在的不足 (1) 定位函数在 Shoot 时，击球定位的过程中精度很低，有时会丢球。(2) 精确到点的位置函数还有待进一步改善，现阶

16、段在实现时还有一定的误差，有 一定的振荡现象。(3) 守门员角度校正函数还有待改善，现阶段其实现角度校正时不分前后，导致守 门员有时遭碰撞后复位前后相反，不能很好防守。52 我们的体会我们的程序，建立在稳定、快速的底层函数中，并且在强大有效的上层策略分 配下，结合动态分配角色技术，组织成为一支能与正式比赛队相抗衡的仿真机器人 足球队。另外，改进了现有的定位运动函数，使我方进攻、防守的整体性能大幅提高；自行编写射门函数，使机器人具备智能射门攻击能力；采用了动态分配技术，对高效进攻进行了有益的尝试；新增了机器人“独立思考综合攻防”的新思路，为今后高级智能化足球机器人进行了一次超前并且大胆的尝试。同

17、时，我们也有一些策略与功能未能付诸实现，如利用一阶微分量来精确控制 下车的运动没有实现；在动态分配角色时，还只是逐次刷新分配，没有保证角色连 续性的算法；守门员程序还没有做好精确有效的纵向运动的专用底层程序。小组在熟悉 C+界面、学习现有代码、尝试编写、正式编写、组合调试的各个过程中，相互交流、帮助，各自充分发挥自己的长处，最后让我们小组在并不很长的时间内很好的完成了课题任务。我们最大的收获还在于，在实际编写中领悟模块化思想，在实际的合作中体会 编程规范性的重要性，由此建立起的工程学意识将使我们受益终生。大家在一起的 这段时间中，团队的有机合作让我们在看似繁琐、枯燥的过程中不仅收获了知识， 更

18、收获了快乐。 我相信这次的课程设计的完成并不是终点，而是一个新的起点，在这个起点上，我们会更加努力的学习与实践，让自己更加优秀。6程序代码（只给出部分）/ Strategy.cpp : Defines the entry point for the DLL application./#include stdafx.h#include Strategy.h#include #include #define square(a) (a)*(a) /求平方#define leng(a,b,c,d) sqrt(square(a)-(c)+square(b)-(d) /自定义函数，求两点间距离BOOL A

19、PIENTRY DllMain( HANDLE hModule, DWORD ul_reason_for_call, LPVOID lpReserved ) switch (ul_reason_for_call)case DLL_PROCESS_ATTACH:case DLL_THREAD_ATTACH:case DLL_THREAD_DETACH:case DLL_PROCESS_DETACH:break; return TRUE;const double PI = 3.1415923;char myMessage200; /void PredictBall ( Environment *e

20、nv );void Goalie1 ( Robot *robot, Environment *env );void NearBound2 ( Robot *robot, double vl, double vr, Environment *env );void Attack2 ( Robot *robot, Environment *env );void Defend ( Robot *robot, Environment *env, double low, double high );/ by moon at 9/2/2002void MoonAttack (Robot *robot, En

21、vironment *env );/ just for testing to check whether the &env-opponent works or notvoid MoonFollowOpponent ( Robot *robot, OpponentRobot *opponent );void Velocity ( Robot *robot, int vl, int vr );void Angle ( Robot *robot, int desired_angle);void Position( Robot *robot, double x, double y );void Ang

22、le1(Robot *robot,int desired_angle);void AngleOfPosition(Robot *robot,double x, double y);void Position1( Robot *robot, double x, double y );bool Position2(Robot *robot,double x, double y);bool GoaliePosition(Robot *robot,double x, double y);void Defence1_Right(Robot *robot,Environment *env);void De

23、fender_Right(Environment *env); void Defend1_Right(Environment *env);void Defend2_Right(Environment *env); void Defend_Right_py(Environment *env);void Position1_cz( Robot *robot, double x, double y );void Defend ( Robot *robot, Environment *env, double low, double high );void Defence1_Right(Robot *r

24、obot,Environment *env);void Position1_cz( Robot *robot, double x, double y );void Position0_cz(Robot *robot, double x, double y); void GoalKeeper_In_Right(Robot *robot,Environment *env);void Kick( Environment *env, Robot *robot, double aim_angle ); void Attack_cz1( Robot *robot, Environment *env , d

25、ouble x, double y ) ;void Shoot_Right_cz( Robot *robot, Environment *env ); void Attack1( Robot *robot , Environment *env); void Attack3( Robot *robot , Environment *env);void Attack4( Robot *robot , Environment *env);void shoot(Robot *robot , Environment *env); void pass(Robot *robot , Environment

26、*env); void NormalGame_Right_wl(Environment *env);void Goalkeeper_right_hx(Robot *robot,Environment *env); void Goalkeeper_Right_py2( Robot *robot, Environment *env );void Kick( Environment *env, Robot *robot, double aim_angle ); void Defend1_Right(Environment *env);void shoot_1(Robot *robot,Environ

27、ment *env);void closeto(Robot *robot,Environment *env);void Kick(Environment *env , Robot *robot , Vector3D ToPos);void _cdecl odprintf(const char *format, .);void Defence1_Right1(Robot *robot,Environment *env);extern C STRATEGY_API void Create ( Environment *env )/ allocate user data and assign to

28、env-userData/ eg. env-userData = ( void * ) new MyVariables ();extern C STRATEGY_API void Destroy ( Environment *env )/ free any user data created in Create ( Environment * )/ eg. if ( env-userData != NULL ) delete ( MyVariables * ) env-userData;extern C STRATEGY_API void Strategy ( Environment *env

29、 )/ the below codes are just for demonstration purpose.dont take this seriously testInt = 100;int k;switch (env-gameState)case 0:/ defaultMoonFollowOpponent ( &env-home 1, &env-opponent 2 );MoonFollowOpponent ( &env-home 2, &env-opponent 3 );MoonFollowOpponent ( &env-home 3, &env-opponent

30、 4 ); Position(&env-home3,env-currentBall.pos.x,env-currentBall.pos.y);MoonAttack ( &env-home 3, env );NormalGame_Right_wl(env);if(env-currentBall.pos.xhome3,30); if(env-currentBall.pos.xhome1,env); Position2(&env-home2,env-currentBall.pos.x,env-currentBall.pos.y);if(env-currentBall.pos.x79)Defend1_

31、Right(env);GoalKeeper_In_Right(&env-home2,env); if(env-currentBall.pos.x78) Defend2_Right(env); Goalkeeper_right_hx(&env-home3,env);if(env-home1.pos.xenv-currentBall.pos.x) PredictBall(env);Position(&env-home1,env-predictedBall.pos.x,env-predictedBall.pos.y); /* Shoot_Right_cz(&env-home3,env);Normal

32、Game_Right_wl(env); Defence1_Right(&env-home3,env); Defender_Right(env); Shoot_Right_cz( &env-home2, env ); Attack1(&env-home1 , env); Attack3( &env-home3 , env); Attack4( &env-home4,env); shoot(&env-home2, env); pass(&env-home2, env);Attack2(&env-home2,env);Position1(&env-home1,&env-opponent2.pos.x

33、,&env-opponent2.pos.y);GoalKeeper_In_Right(&env-home1,env);Shoot_Right_cz(&env-home2,env); Kick(env,&env-home3,180); Defend1_Right(Environment *env);void Defend2_Right(Environment *env); void Defend_Right_py(Environment *env); Position1_cz( &env-home1, env-currentBall.pos.x, env-currentBall.pos.y );

34、if(&env-currentBall.pos.xhome2,env); if(&env-currentBall.pos.x78)Position1(&env-home1 ,&env-currentBall.pos.x,) Goalie1 ( &env-home0, env ); break; */case FREE_BALL:/ Follow opponent guyMoonFollowOpponent ( &env-home 1, &env-opponent 2 );MoonFollowOpponent ( &env-home 2, &env-opponent 3 );MoonFollow

35、Opponent ( &env-home 3, &env-opponent 4 );/ attackMoonAttack ( &env-home 3, env ); / Goal keeperGoalie1 ( &env-home 0, env );/ by moon at 24/03/2002/ below code will not work. never try./env-home0.pos.x = 50;/env-home0.pos.y = 0;/env-home0.rotation = 20.0;break;case PLACE_KICK:MoonAttack ( &env-home

36、 2, env );break;case PENALTY_KICK:switch (env-whosBall)case ANYONES_BALL:MoonAttack ( &env-home 1, env );break;case BLUE_BALL:MoonAttack ( &env-home 4, env );break;case YELLOW_BALL:MoonAttack ( &env-home 0, env );break;break;case FREE_KICK:FILE * debugfile; debugfile = fopen(debugfile.txt,a); for (k

37、=0;kopponentk.pos.x, env-opponentk.pos.y, env-opponentk.pos.z); fclose(debugfile); MoonAttack ( &env-home 0, env );break;case GOAL_KICK:/MoonAttack ( &env-home 4, env );/Position(&env-home4,env-currentBall.pos.x,env-currentBall.pos.y);/shoot(&env-home3,env);Kick(env,&env-home3,180);break; void close

38、to(Robot *robot,Environment *env)void avoid(Robot *robot,Environment *env)void MoonAttack ( Robot *robot, Environment *env )PredictBall ( env );Position(robot, env-predictedBall.pos.x, env-predictedBall.pos.y);void MoonFollowOpponent ( Robot *robot, OpponentRobot *opponent )Position(robot, opponent-

39、pos.x, opponent-pos.y);void Velocity ( Robot *robot, int vl, int vr )robot-velocityLeft = vl;robot-velocityRight = vr;void Angle ( Robot *robot, int desired_angle)int theta_e, vl, vr;theta_e = desired_angle - (int)robot-rotation;while (theta_e 180) theta_e -= 360;while (theta_e -180) theta_e += 360;

40、if (theta_e 90) theta_e -= 180;if (abs(theta_e) 50) vl = (int)(-9./90.0 * (double) theta_e);vr = (int)(9./90.0 * (double)theta_e);else if (abs(theta_e) 20)vl = (int)(-11.0/90.0 * (double)theta_e);vr = (int)(11.0/90.0 * (double)theta_e);Velocity (robot, vl, vr);void Angle1(Robot *robot,int desired_an

41、gle)/ 让机器人原地旋转到某一角度 int theta_e, vl, vr; double Kp=1.2; theta_e = desired_angle - (int)robot-rotation; while (theta_e 180) theta_e -= 360; while (theta_e -180) theta_e += 360; if (theta_e 90) theta_e -= 180; vl = (int)(0 - Kp*theta_e); vr = (int)(0 + Kp*theta_e); Velocity (robot, vl, vr); void Angle

42、OfPosition(Robot *robot,double x, double y)/让机器人原地旋转始终对着某一点, 不分前后 int vl, vr; double dx,dy,d_e,desired_angle,theta_e; double Kp=0.8; dx=x-robot-pos.x; dy=y-robot-pos.y; d_e=sqrt(dx*dx+dy*dy); if(dx=0 & dy=0) vl=0; vr=0; Velocity(robot,vl,vr); else desired_angle = (int)(180.0/PI*atan2(double)(dy),(do

43、uble)(dx); theta_e = desired_angle-(int)robot-rotation; while(theta_e 180) theta_e -= 360; while(theta_e -180) theta_e += 360; if (theta_e 90) theta_e -= 180; vl = (int)(0 - Kp*theta_e); vr = (int)(0 + Kp*theta_e); Velocity(robot, vl, vr); void Position1( Robot *robot, double x, double y )/改造原始 Posi

44、tion 函数, 提高直线和转弯速度, 提速至 125,两方向前进 double vl, vr, vc = 120 ; double desired_angle = 0, theta_e = 0, d_angle = 0 ; double dx, dy, d_e, Ka = 10.0/90.0; dx = x - robot-pos.x; dy = y - robot-pos.y; d_e = sqrt(dx * dx + dy * dy); if (dx = 0 & dy = 0) desired_angle = 90; else desired_angle = (int)(180. / PI * atan2(double)(dy), (double)(dx); theta_e = desired_angle - (int)robot-rotation; while (theta_e 180) theta_e -= 360; while (theta_e 100.) Ka = 1.2; /17. / 90.; else if (d_e 50) Ka = 0.9; /19. / 90.; else if (d_e 30) Ka = 0.8; /21. / 90.