机器人足球实验报告.docx

机器人足球实验报告.docx

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机器人足球实验报告

1．课程设计分析

1．1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。

1．2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。

1．3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TheRobotSoccerSimulatorDirector8.5上运行各队的策略，从而实现比赛的目的。

而其策略是基于VisualC＋＋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

2．1运行环境要求

•PentiumIII600MHz

•256megabytesofram

•TNT23dGraphicsacceleratorwith32megabytesofram

•24xCD-ROM

•Screenresolutionof800x600

•16bitSoundcard

•MicrosoftWindows98

•DirectX8.0

•10megabytesoffreeharddrivespace

•Director8.5

•VisualC++6.0

2．2使用方法

•将包含源代码的工程文件用VisualC++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:

\Stratege\blue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。

2．3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

3．1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。

3．2功能模块的划分

4．详细设计及算法

4．1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。

4．2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.

4．3数据结构

机器人球员的数据（Vector3Dpos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；）

typedefstruct

{

Vector3Dpos;

doublerotation;

doublevelocityLeft,velocityRight;

}Robot;

对方机器人（成员意义同上）

typedefstruct

{

Vector3Dpos;

doublerotation;

}OpponentRobot;

总的环境参量结构

（home[PLAYERS_PER_SIDE]表示我方几号机器人；opponent[PLAYERS_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）

typedefstruct

{

Robothome[PLAYERS_PER_SIDE];

OpponentRobotopponent[PLAYERS_PER_SIDE];

BallcurrentBall,lastBall,predictedBall;

BoundsfieldBounds,goalBounds;

longgameState;

longwhosBall;

void*userData;

}Environment;

4．4程序流程

4．5函数说明

基本动作

voidPredictBall（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。

voidVelocity（Robot*robot,doublevl,doublevr）;

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。

voidAngle1（Robot*robot,intdesired_angle）;

使机器人转到预定角度。

入口参数：

机器人指针，预定角度。

voidAngleOfPosition（Robot*robot,doublex,doubley）;

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

voidNormalGame_Right（Environment*env）;

右队总策略。

入口参数：

环境参量。

voidDefender_Right（Environment*env）;

voidDefend1_Right（Environment*env）;

voidDefend2_Right（Environment*env）;

voidDefend_Right_py（Environment*env）;

右队防守策略。

入口参数：

球员指针，环境参量。

voidDefence1_Right（Robot*robot,Environment*env）;

右队防守策略。

入口参数：

球员指针，环境参量。

voidGoalKeeper_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

voidKick（Environment*env,Robot*robot,doubleaim_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。

voidPosition1_cz（Robot*robot,doublex,doubley）;

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。

voidPosition_py（Robot*robot,doublex,doubley）;

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。

voidAttack_cz1（Robot*robot,Environment*env）;

voidAttack_hx（Robot*robot,Environment*env）;

机器人攻击策略。

入口参数：

球员指针，环境参量。

voidShoot_Right_cz（Robot*robot,Environment*env,doubleaimx,doubleaimy）;

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

voidGoalkeeper_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。

voidGoalkeeper_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

5．1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。

5．2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:

DefinestheentrypointfortheDLLapplication.

//

#include"stdafx.h"

#include"Strategy.h"

#include

#include

#definesquare（a）（（a）*（a））//求平方

#defineleng（a,b,c,d）sqrt（square（（a）-（c））+square（（b）-（d）））//自定义函数，求两点间距离

BOOLAPIENTRYDllMain（HANDLEhModule,

DWORDul_reason_for_call,

LPVOIDlpReserved

）

{

switch（ul_reason_for_call）

{

caseDLL_PROCESS_ATTACH:

caseDLL_THREAD_ATTACH:

caseDLL_THREAD_DETACH:

caseDLL_PROCESS_DETACH:

break;

}

returnTRUE;

}

constdoublePI=3.1415923;

charmyMessage[200];//

voidPredictBall（Environment*env）;

voidGoalie1（Robot*robot,Environment*env）;

voidNearBound2（Robot*robot,doublevl,doublevr,Environment*env）;

voidAttack2（Robot*robot,Environment*env）;

voidDefend（Robot*robot,Environment*env,doublelow,doublehigh）;

//bymoonat9/2/2002

voidMoonAttack（Robot*robot,Environment*env）;

//justfortestingtocheckwhetherthe&env->opponentworksornot

voidMoonFollowOpponent（Robot*robot,OpponentRobot*opponent）;

voidVelocity（Robot*robot,intvl,intvr）;

voidAngle（Robot*robot,intdesired_angle）;

voidPosition（Robot*robot,doublex,doubley）;

voidAngle1（Robot*robot,intdesired_angle）;

voidAngleOfPosition（Robot*robot,doublex,doubley）;

voidPosition1（Robot*robot,doublex,doubley）;

boolPosition2（Robot*robot,doublex,doubley）;

boolGoaliePosition（Robot*robot,doublex,doubley）;

voidDefence1_Right（Robot*robot,Environment*env）;

voidDefender_Right（Environment*env）;

voidDefend1_Right（Environment*env）;

voidDefend2_Right（Environment*env）;

voidDefend_Right_py（Environment*env）;

voidPosition1_cz（Robot*robot,doublex,doubley）;

voidDefend（Robot*robot,Environment*env,doublelow,doublehigh）;

voidDefence1_Right（Robot*robot,Environment*env）;

voidPosition1_cz（Robot*robot,doublex,doubley）;

voidPosition0_cz（Robot*robot,doublex,doubley）;

voidGoalKeeper_In_Right（Robot*robot,Environment*env）;

voidKick（Environment*env,Robot*robot,doubleaim_angle）;

voidAttack_cz1（Robot*robot,Environment*env,doublex,doubley）;

voidShoot_Right_cz（Robot*robot,Environment*env）;

voidAttack1（Robot*robot,Environment*env）;

voidAttack3（Robot*robot,Environment*env）;

voidAttack4（Robot*robot,Environment*env）;

voidshoot（Robot*robot,Environment*env）;

voidpass（Robot*robot,Environment*env）;

voidNormalGame_Right_wl（Environment*env）;

voidGoalkeeper_right_hx（Robot*robot,Environment*env）;

voidGoalkeeper_Right_py2（Robot*robot,Environment*env）;

voidKick（Environment*env,Robot*robot,doubleaim_angle）;

voidDefend1_Right（Environment*env）;

voidshoot_1（Robot*robot,Environment*env）;

voidcloseto（Robot*robot,Environment*env）;

voidKick（Environment*env,Robot*robot,Vector3DToPos）;

void__cdeclodprintf（constchar*format,...）;

voidDefence1_Right1（Robot*robot,Environment*env）;

extern"C"STRATEGY_APIvoidCreate（Environment*env）

{

//allocateuserdataandassigntoenv->userData

//eg.env->userData=（void*）newMyVariables（）;

}

extern"C"STRATEGY_APIvoidDestroy（Environment*env）

{

//freeanyuserdatacreatedinCreate（Environment*）

//eg.if（env->userData!

=NULL）delete（MyVariables*）env->userData;

}

extern"C"STRATEGY_APIvoidStrategy（Environment*env）

{

//thebelowcodesarejustfordemonstrationpurpose....don'ttakethisseriouslyplease.

inttestInt=100;

intk;

switch（env->gameState）

{

case0:

//default

MoonFollowOpponent（&env->home[1],&env->opponent[2]）;

MoonFollowOpponent（&env->home[2],&env->opponent[3]）;

MoonFollowOpponent（&env->home[3],&env->opponent[4]）;

Position（&env->home[3],env->currentBall.pos.x,env->currentBall.pos.y）;

MoonAttack（&env->home[3],env）;

NormalGame_Right_wl（env）;

if（env->currentBall.pos.x<20）

{

Kick（env,&env->home[3],30）;

}

if（env->currentBall.pos.x<21）

{

shoot（&env->home[1],env）;

}

Position2（&env->home[2],env->currentBall.pos.x,env->currentBall.pos.y）;

if（env->currentBall.pos.x>79）

{

Defend1_Right（env）;

GoalKeeper_In_Right（&env->home[2],env）;

}

if（env->currentBall.pos.x>78）

{

Defend2_Right（env）;

Goalkeeper_right_hx（&env->