機(jī)器人全課程歡迎詞大綱介紹0.概述0.1實(shí)物半自主足球機(jī)器人0.2仿真機(jī)器人足球比賽0.3仿真比賽的特點(diǎn)仿真實(shí)物半自主機(jī)器人足球比賽；所有的硬件設(shè)備均由計(jì)算機(jī)模擬實(shí)現(xiàn)；簡(jiǎn)化比賽系統(tǒng)復(fù)雜度，減少硬件需求；可控性好、無(wú)破壞性、可重復(fù)使用，不受硬件條件和場(chǎng)地環(huán)境的限制；研究人工智能的絕佳平臺(tái)；0.4仿真比賽開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)對(duì)c語(yǔ)言有一定的了解；對(duì)vc開(kāi)發(fā)環(huán)境比較熟悉；有創(chuàng)造性思維和充分的想象力；有克服困難的能力；1.仿真平臺(tái)使用介紹1.1演示一場(chǎng)比賽VS武漢工程大學(xué)代表隊(duì)千人工程代表隊(duì)黃隊(duì)藍(lán)隊(duì)1.2MLS平臺(tái)開(kāi)發(fā)者：澳大利亞的Dr.JunJo領(lǐng)導(dǎo)的Griffith大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院RSS開(kāi)發(fā)小組1.3機(jī)器人的編號(hào)home1home2home3home4opp1opp2opp3opp4opp0home0Home代表己方機(jī)器人

Opp代表對(duì)方機(jī)器人箭頭所指的方向?yàn)闄C(jī)器人當(dāng)前的正方向1.4機(jī)器人的辨認(rèn)0號(hào)一般是守門(mén)員，用大紅色表示；1號(hào)用紫色表示，2號(hào)用紫紅色表示；3號(hào)用綠色表示，4號(hào)用藍(lán)綠色表示；每方隊(duì)員有五名，分別用不同的顏色來(lái)標(biāo)示，中間是代表隊(duì)伍的顏色，在左下角是區(qū)分不同隊(duì)員的標(biāo)識(shí)：1.5鼠標(biāo)和鍵盤(pán)操作鼠標(biāo)：在比賽開(kāi)始前或比賽暫停時(shí)，可以用鼠標(biāo)拖動(dòng)球或機(jī)器人到場(chǎng)地的任何位置。鍵盤(pán)：在比賽開(kāi)始前或比賽暫停時(shí)，當(dāng)鼠標(biāo)點(diǎn)擊某一個(gè)機(jī)器人后可以用或鍵來(lái)調(diào)整該機(jī)器人的角度。1.6MLS平臺(tái)系統(tǒng)特點(diǎn)機(jī)器人模型：

Yujin機(jī)器人的物理模型。模擬精確： 碰撞檢測(cè)完全，碰撞處理準(zhǔn)確仿真極為真實(shí)（采用商業(yè)游戲引擎公司Havok的碰撞處理引擎作品帝國(guó)時(shí)代、CS等）。系統(tǒng)界面：

3維（采用Director設(shè)計(jì)界面，3DMax建模）。1.7MLS平臺(tái)系統(tǒng)需求Windows98或以上版本的操作系統(tǒng)；DirectX8.0或以上版本；硬件需求：PentiumIII600MHz或與其性能相當(dāng)?shù)腃PU；256M系統(tǒng)內(nèi)存；具有32M顯存的TNT2或其以上級(jí)別的顯示卡；至少可以實(shí)現(xiàn)800×600分辨率的顯示器；軟件需求：1.8軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境LingoMicrosoftVisualC＋＋6.0MicrosoftVisualC＋＋.NET2003√√×1.9MLS平臺(tái)模板程序

平臺(tái)提供了基本的策略開(kāi)發(fā)框架,見(jiàn)安裝目錄下的StrategySource目錄如:C:\ProgramFiles\RobotSoccerv1.5a\StrategySource)。其模板程序?yàn)镈LL動(dòng)態(tài)聯(lián)接庫(kù)。2.仿真平臺(tái)與策略程序的關(guān)系2.1什么是策略程序？定義：策略程序就是自己編寫(xiě)的能夠使仿真平臺(tái)中機(jī)器人按照預(yù)定方式運(yùn)動(dòng)的程序。通俗的來(lái)說(shuō)，就是能夠打比賽的程序。2.2仿真平臺(tái)與策略程序的通訊方式策略程序接受數(shù)據(jù)策略程序發(fā)送數(shù)據(jù)MLS平臺(tái)MLS策略程序策略程序?qū)⒔邮艿臄?shù)據(jù)進(jìn)行處理2.3場(chǎng)地信息介紹(6.8118,6.3730)(6.8118,77.2392)(93.4259,77.2392)(93.4259,6.3730)(0,0)(單位:英寸)說(shuō)明：1英寸=2.54厘米2.4場(chǎng)地的各種標(biāo)志及尺寸(單位:厘米)前約4.318球機(jī)器人約7.9756(0.0,0.0)XY轉(zhuǎn)角方向0°2.5球與車(chē)的長(zhǎng)度尺寸(單位:厘米)2.6策略程序每個(gè)周期接受的數(shù)據(jù)仿真平臺(tái)傳遞給策略程序的數(shù)據(jù):己方、對(duì)方機(jī)器人坐標(biāo)、角度（當(dāng)前周期，上一周期）。球的坐標(biāo)（當(dāng)前周期，上一周期）。場(chǎng)地?cái)?shù)據(jù)。控球方。2.7策略程序每個(gè)周期發(fā)送的數(shù)據(jù)策略程序發(fā)送給仿真平臺(tái)的數(shù)據(jù):己方（home[i]）每個(gè)機(jī)器人的左輪速（vl）和右輪速（vr）。注：當(dāng)前發(fā)送的數(shù)據(jù)要到下一周期才能執(zhí)行。4.動(dòng)作函數(shù)及演示4.1Velocity動(dòng)作函數(shù)

該動(dòng)作可以給機(jī)器人自由的發(fā)輪速（在該程序中可以簡(jiǎn)單的認(rèn)為輪速就是機(jī)器人的推進(jìn)力）。 小車(chē)發(fā)輪樹(shù)被限制為–125～125之間。

//形參robot指定小車(chē)號(hào)

//形參vl左輪速vr右輪速voidVelocity(Robot*robot,intvl,intvr);

機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制左輪速vl右輪速vr注：

vl>vr機(jī)器人順時(shí)針旋轉(zhuǎn)

vl<vr機(jī)器人逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)當(dāng)輪速為負(fù)時(shí)，機(jī)器人反向運(yùn)動(dòng)4.1.2Velocity例子//一般動(dòng)作voidNormalVelocity(Environment*env){ //讓2號(hào)機(jī)器人兩個(gè)輪子都以10的輪速前進(jìn)

Velocity(&env->home[2],20,20); //讓1號(hào)機(jī)器人左輪子都以-20的輪速后退

Velocity(&env->home[1],-20,-20); //給3號(hào)機(jī)器人左輪發(fā)100,右輪發(fā)20 Velocity(&env->home[3],100,20);}4.2Angle動(dòng)作函數(shù)

該動(dòng)作可以讓機(jī)器人轉(zhuǎn)到指定的任意角度。并做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。

//形參robot指定小車(chē)號(hào)

//形參desired_angle為轉(zhuǎn)角度數(shù)voidAngle(Robot*robot,intdesired_angle);4.2.1機(jī)器人的轉(zhuǎn)角控制30度左輪速vl右輪速vr-180度+180度-60度左輪速vl右輪速vr當(dāng)角度為負(fù)時(shí)，機(jī)器人反向運(yùn)動(dòng)4.2.2Angle例子voidNormalAngle(Environment*env){ //讓1號(hào)機(jī)器人轉(zhuǎn)到30度角

Angle(&env->home[1],30);//讓3號(hào)機(jī)器人轉(zhuǎn)到-60度角

Angle(&env->home[3],-60);}4.3Position動(dòng)作函數(shù)

該動(dòng)作可以讓機(jī)器人跑到場(chǎng)地上指定的任何地點(diǎn)。

//形參robot指定小車(chē)號(hào)

//形參x目標(biāo)位置X坐標(biāo)y目標(biāo)位置Y坐標(biāo)voidPosition(Robot*robot,doublex,doubley);4.3.1機(jī)器人的指定點(diǎn)運(yùn)動(dòng)？度左輪速vl右輪速vr球位置2球位置1Position函數(shù)根據(jù)目標(biāo)位置可進(jìn)行轉(zhuǎn)角的控制。4.3.2Position例子voidNormalPosition(Environment*env){ //讓2號(hào)機(jī)器人追著球跑

Position(&env->home[2],,\); //讓2號(hào)機(jī)器人跑到場(chǎng)地中心

doublex=(env->fieldBounds.left+env->fieldBounds.right)/2; doubley=(env->fieldBounds.bottom+env->fieldBounds.top)/2; Position(&env->home[2],x,y);}4.4三個(gè)動(dòng)作函數(shù)組合使用的例子voidNormal(Environment*env){ Position(&env->home[0], env->goalBounds.left+10, env->currentBall.pos.y);//讓0號(hào)機(jī)器人在球門(mén)附近跟著球的y坐標(biāo)跑

Velocity(&env->home[1],10,70);//讓1號(hào)機(jī)器人逆時(shí)針轉(zhuǎn)圈

Position(&env->home[2], env->currentBall.pos.x, env->currentBall.pos.y);//讓2號(hào)機(jī)器人追著球跑

Angle(&env->home[3],-60); //讓3號(hào)機(jī)器人追著球跑

Velocity(&env->home[4],5,5);//讓1號(hào)機(jī)器人逆時(shí)針轉(zhuǎn)圈}4.5注意事項(xiàng)輪速度限制為-125～125平臺(tái)原始接口中提供了比賽狀態(tài)（GameState）以及控球方（WhosBall）兩個(gè)參數(shù),但經(jīng)過(guò)實(shí)際開(kāi)發(fā)時(shí)發(fā)現(xiàn)他們毫無(wú)任何用處,故需要自己判斷場(chǎng)地度量單位為英寸，1英寸=2.54厘米機(jī)器人角度的單位為角度（不是弧度）如果場(chǎng)地不同，隊(duì)伍需要轉(zhuǎn)換左右半場(chǎng)坐標(biāo)5.策略程序的結(jié)構(gòu)5.1策略文件組成5.2策略類(lèi)視圖5.3InterFace.h接口文件

這個(gè)文件有與仿真平臺(tái)通訊的一個(gè)結(jié)構(gòu)Environment和三個(gè)函數(shù)的聲明//比賽開(kāi)始時(shí)系統(tǒng)調(diào)用一次extern"C"STRATEGY_APIvoidCreate(Environment*env);//比賽過(guò)程中由系統(tǒng)循環(huán)調(diào)用（策略都放在里面）。extern"C"STRATEGY_APIvoidStrategy(Environment*env);//比賽結(jié)束時(shí)系統(tǒng)調(diào)用一次extern"C"STRATEGY_APIvoidDestroy(Environment*env);5.3.1Strategy

接口函數(shù)解析

函數(shù)接口Strategy是程序的主要執(zhí)行邏輯，由系統(tǒng)反復(fù)調(diào)用，每次調(diào)用時(shí)系統(tǒng)通過(guò)Environment*env這個(gè)指針向我們傳遞當(dāng)前周期系統(tǒng)提供信息，在這里，我們必須處理針對(duì)賽場(chǎng)上每一時(shí)刻的對(duì)策，通過(guò)策略運(yùn)算設(shè)置己方小車(chē)的左右輪轉(zhuǎn)速，來(lái)控制機(jī)器人進(jìn)行足球比賽。每秒調(diào)用次數(shù)依靠機(jī)器能力來(lái)定，默認(rèn)為60次，即仿真的一個(gè)周期為1/60秒。extern"C"STRATEGY_APIvoidStrategy(Environment*env);5.3.2InterFace.h//主要的定義,包含所有運(yùn)行時(shí)的的信息,由系統(tǒng)刷新typedefstruct{ Robothome[PLAYERS_PER_SIDE];

//我方機(jī)器人數(shù)組 OpponentRobotopp[PLAYERS_PER_SIDE];

//敵方機(jī)器人數(shù)組 BallcurrentBall, //當(dāng)前小球的位置

lastBall, //上一次小球的位置

predictedBall; //預(yù)計(jì)的小球的位置 BoundsfieldBounds, //場(chǎng)地范圍

goalBounds; //球門(mén)的位置與范圍 longgameState; //當(dāng)前游戲的狀態(tài) longwhosBall; //由誰(shuí)控制球 void*userData; //用戶(hù)自定義信息}Environment; 5.3.3InterFace.h//位置向量定義typedefstruct{ doublex,y,z;//x和y為坐標(biāo)值}Vector3D;5.3.4InterFace.h//己方機(jī)器人的信息定義typedefstruct{ Vector3Dpos; //機(jī)器人坐標(biāo) doublerotation; //機(jī)器人方向角 doublevelocityLeft,

velocityRight; //機(jī)器人左右輪速度}Robot;5.3.5InterFace.h//敵方機(jī)器人的信息的定義typedefstruct{ Vector3Dpos; //機(jī)器人的坐標(biāo)位置 doublerotation; //機(jī)器人當(dāng)前的轉(zhuǎn)角}OpponentRobot;5.3.6InterFace.h//小球的位置定義typedefstruct{ Vector3Dpos; //小球的坐標(biāo)位置}Ball;5.3.7InterFace.h//場(chǎng)地區(qū)域范圍typedefstruct{ longleft, //場(chǎng)地左邊界

right, //場(chǎng)地右邊界

top, //場(chǎng)地上邊界

bottom;//場(chǎng)地下邊界

}Bounds;5.4Strategy.h簡(jiǎn)單策略函數(shù)//防守球門(mén)voidGoalie1(Robot*robot,Environment*env);//控制小車(chē)在球場(chǎng)邊線(xiàn)的控制voidNearBound2(Robot*robot,doublevl,doublevr,Environment*env);//搶球voidAttack2(Robot*robot,Environment*env);//防守voidDefend(Robot*robot,Environment*env,doublelow,doublehigh);Strategy.h簡(jiǎn)單策略函數(shù)//機(jī)器人向小球的位置移動(dòng)的方法voidMoonAttack(Robot*robot,Environment*env); //對(duì)敵方的跟蹤voidMoonFollowOpponent(Robot*robot,OpponentRobot*opponent);//預(yù)估小球的位置voidPredictBall(Environment*env);5.5Action.h基本動(dòng)作函數(shù)//設(shè)置小車(chē)輪子速度voidVelocity(Robot*robot,intvl,intvr);//小車(chē)轉(zhuǎn)角控制voidAngle(Robot*robot,intdesired_angle);//移動(dòng)小車(chē)到指定位置voidPosition(Robot*robot,doublex,doubley);6.策略系統(tǒng)設(shè)計(jì)6.1策略系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)策略庫(kù)平臺(tái)接口數(shù)據(jù)預(yù)處理層角色層角色動(dòng)作層組合動(dòng)作庫(kù)6.1.1預(yù)處理層設(shè)計(jì)

輸入信息預(yù)處理，包括對(duì)接口參數(shù)進(jìn)行英寸到厘米及坐標(biāo)方向的轉(zhuǎn)換，計(jì)算個(gè)體的線(xiàn)速度、角速度，個(gè)體間的距離、角度等。6.1.2角色層設(shè)計(jì)

角色層是決策的最高層，它接受經(jīng)預(yù)處理過(guò)的比賽數(shù)據(jù)，包括所有機(jī)器人和球的位置。根據(jù)這些數(shù)據(jù)判斷場(chǎng)上的形勢(shì)，從策略庫(kù)中抽取合適的協(xié)作模式，定出合作的意圖．并將意圖傳人下一層。角色層的關(guān)鍵有兩點(diǎn):判斷場(chǎng)上形勢(shì)和角色的分配。在對(duì)形式分析得時(shí)候需要加入規(guī)則得判斷。策略庫(kù)角色層角色層-區(qū)域劃分一般將球場(chǎng)分成三個(gè)區(qū)域：進(jìn)攻區(qū)、防守區(qū)和過(guò)渡區(qū)進(jìn)攻區(qū)在對(duì)方球門(mén)區(qū)附近防守區(qū)在已方球門(mén)區(qū)附近過(guò)渡區(qū)在前兩者之間角色層－判斷控制球

判斷那個(gè)機(jī)器人控制球的方法：最短距離法：該方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，效果明顯，當(dāng)前周期中那個(gè)機(jī)器人與球的距離最近就代表誰(shuí)控球。

角色層-角色分配例如：球在進(jìn)攻區(qū)內(nèi)。且我方控制球，則離球近的隊(duì)員為主攻、另一名隊(duì)員為協(xié)攻。球在防守區(qū)域內(nèi)，則離球近的隊(duì)員為主防、另一名隊(duì)員為協(xié)防。

(就能隨意的變換1到4號(hào)車(chē)，但守門(mén)員的角色通常不變)；角色分配首先取決于開(kāi)發(fā)者設(shè)計(jì)的各種攻防策略(存放在策略庫(kù)中)：如：全攻全守,區(qū)域防守6.1.3角色動(dòng)作層設(shè)計(jì)

角色動(dòng)作層是對(duì)已經(jīng)分配角色的機(jī)器人進(jìn)行一個(gè)連續(xù)動(dòng)作的規(guī)劃。這里設(shè)計(jì)到機(jī)器人之間的配合動(dòng)作在角色動(dòng)作被分配以后，隨著場(chǎng)上形式的轉(zhuǎn)變需要對(duì)角色動(dòng)作進(jìn)行切換操作。角色動(dòng)作層組合動(dòng)作庫(kù)組合動(dòng)作庫(kù)

組合動(dòng)作庫(kù)是建立在機(jī)器人基本動(dòng)作上的。將機(jī)器人的基本動(dòng)作進(jìn)行組合，組合成一個(gè)角色的動(dòng)作。

7.各種定位球7.1各種定位球坐標(biāo)確定方法載入兩個(gè)空策略。點(diǎn)擊OpenViewer菜單。打開(kāi)RSViwer，選擇Ball。各種定位球坐標(biāo)確定方法將球移動(dòng)到待測(cè)試點(diǎn)后點(diǎn)擊Start進(jìn)入比賽狀態(tài)。點(diǎn)擊RSViwer中的Display

可以看到球的坐標(biāo)。7.2自由球7.2.1球與機(jī)器人擺放原則將場(chǎng)地分成四個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域都有一個(gè)自由球罰球點(diǎn)，在哪個(gè)區(qū)域犯規(guī)，就在那個(gè)區(qū)域罰自由球。球應(yīng)該擺放在罰球點(diǎn)上。每對(duì)有一個(gè)機(jī)器人放在離球25厘米的發(fā)球線(xiàn)上。其他機(jī)器人應(yīng)該放在這個(gè)犯規(guī)區(qū)域以外。防守方機(jī)器人應(yīng)在靠近自己底線(xiàn)的一邊。防守方先擺機(jī)器人。7.2.2自由球的判斷判斷球場(chǎng)上所有機(jī)器人和球的速度非常小。判斷球的位置是否在發(fā)球點(diǎn)上。判斷我方和對(duì)方是否有且僅有一個(gè)機(jī)器人在球的附近（相距25厘米左右）。結(jié)合以上三個(gè)條件起來(lái)就可以判斷是否在罰自由球。7.3點(diǎn)球7.3.1球與機(jī)器人擺放原則踢球機(jī)器人必須放在球的后方。防守的守門(mén)員必須壓球門(mén)線(xiàn)。除了踢球機(jī)器人和防守守門(mén)員外，其他機(jī)器人都在另外半場(chǎng)。防守方先擺機(jī)器人。7.3.2自由球的判斷判斷球場(chǎng)上所有機(jī)器人和球的速度非常小。判斷球的位置是否在發(fā)球點(diǎn)上。判斷我方和對(duì)方是否有且僅有一個(gè)機(jī)器人在發(fā)球的那個(gè)半場(chǎng)。結(jié)合以上三個(gè)條件起來(lái)就可以判斷是否在罰自由球。7.4球門(mén)球7.4.1球與機(jī)器人擺放原則發(fā)球方只允許有一個(gè)守門(mén)員在大禁區(qū)內(nèi)。球應(yīng)該放在大禁區(qū)內(nèi)。防守方機(jī)器人必須在自己半場(chǎng)。防守方先擺機(jī)器人。7.4.2球門(mén)球的判斷判斷球場(chǎng)上所有機(jī)器人和球的速度非常小。判斷球的位置是否在大禁區(qū)內(nèi)。