2022年2022年机器人足球实验报告 .pdf

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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

2、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 ? Scree

3、n resolution of 800 x 600 ? 16 bit Sound card 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 26 页 - - - - - - - - - ? 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

4、本打开，编译（快捷键F7），生成动态库。?把生成的动态库文件复制到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 把状态更改为 C+ ，然后在点击 Send选项。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

5、效进攻和防守。32功能模块的划分名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 26 页 - - - - - - - - - 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

6、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

7、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上方时，留守中间，伺机射门；当球在对方半场大禁区线下方时，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。

8、不足之处在于因碰撞而姿态变化后调整空间较小。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 26 页 - - - - - - - - - （1）当球在图中所示阴影时，守门员的Y坐标尽量与球保持一致，当球坐标在球门围外时，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。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - -

9、 - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 26 页 - - - - - - - - - （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，当球坐标在球门围外时保持 , 球门时运动。(4) 当球在如图虚线运动时 , 守门员与球相反运动 , 以把球撞出 . 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，

10、共 26 页 - - - - - - - - - 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 pos; double rotation; OpponentRobot; 总的环境参

11、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 Robot homePLAYERS_PER_SIDE; OpponentRobot

12、opponentPLAYERS_PER_SIDE; Ball currentBall, lastBall, predictedBall; Bounds fieldBounds, goalBounds; long gameState; long whosBall; void *userData; Environment; 44程序流程名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 26 页 - - - - - - - - - 45函数说明基本动作void PredictBa

13、ll ( 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 ( 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。

14、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( Environment *env ); 右队总策略。入口参数：环境参量。void Defender_Right(Environment *env); void Defend1_Right(Environment *env); 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 26 页 - - - - - - - - - void Defen

15、d2_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_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

16、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(Robot *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 );

17、 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

18、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

19、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名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 26 页 - - - - - - - - - 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

20、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

21、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 API

22、ENTRY DllMain( HANDLE hModule, DWORD ul_reason_for_call, LPVOID lpReserved ) switch (ul_reason_for_call) case DLL_PROCESS_ATTACH: 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 26 页 - - - - - - - - - case DLL_THREAD_ATTACH: case DLL_THREAD_DETACH: case DLL_PROC

23、ESS_DETACH: break; return TRUE; const double PI = 3.1415923; char myMessage200; / void PredictBall ( Environment *env ); void Goalie1 ( Robot *robot, Environment *env ); void NearBound2 ( Robot *robot, double vl, double vr, Environment *env ); void Attack2 ( Robot *robot, Environment *env ); void De

24、fend ( Robot *robot, Environment *env, double low, double high ); / by moon at 9/2/2002 void MoonAttack (Robot *robot, Environment *env ); / just for testing to check whether the &env-opponent works or not void MoonFollowOpponent ( Robot *robot, OpponentRobot *opponent ); void Velocity ( Robot *robo

25、t, int vl, int vr ); void Angle ( Robot *robot, int desired_angle); void Position( Robot *robot, double x, double y ); void Angle1(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,d

26、ouble x, double y); bool GoaliePosition(Robot *robot,double x, double y); void Defence1_Right(Robot *robot,Environment *env); void Defender_Right(Environment *env); void Defend1_Right(Environment *env); void Defend2_Right(Environment *env); void Defend_Right_py(Environment *env); 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下

27、载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 26 页 - - - - - - - - - void Position1_cz( Robot *robot, double x, double y ); void Defend ( Robot *robot, Environment *env, double low, double high ); void Defence1_Right(Robot *robot,Environment *env); void Position1_cz( Robot *rob

28、ot, 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 , double x, double y ) ; void Shoot_Right_cz( Robot *

29、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 *env); void NormalGame_Right_wl(Environment *en

30、v); 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,Environment *env); void closeto(Robot *robot,Enviro

31、nment *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 env-userData / eg. env-userData = ( vo

32、id * ) new MyVariables (); 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 26 页 - - - - - - - - - extern C STRATEGY_API void Destroy ( Environment *env ) / free any user data created in Create ( Environment * ) / eg. if ( env-userData != NULL ) delete ( MyVaria

33、bles * ) env-userData; extern C STRATEGY_API void Strategy ( Environment *env ) / the below codes are just for demonstration purpose.dont take this seriously please. int testInt = 100; int k; switch (env-gameState) case 0: / default MoonFollowOpponent ( &env-home 1, &env-opponent 2 ); MoonFollowOppo

34、nent ( &env-home 2, &env-opponent 3 ); MoonFollowOpponent ( &env-home 3, &env-opponent 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); 名师资料总结 - - -

35、精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 26 页 - - - - - - - - - Position2(&env-home2,env-currentBall.pos.x,env-currentBall.pos.y); if(env-currentBall.pos.x79) Defend1_Right(env); GoalKeeper_In_Right(&env-home2,env); if(env-currentBall.pos.x78) Defend2_Right(env); Go

36、alkeeper_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); NormalGame_Right_wl(env); Defence1_Right(&env-home3,env); Defender_Right(env); Shoot_Right_cz( &env-h

37、ome2, env ); Attack1(&env-home1 , env); Attack3( &env-home3 , env); Attack4( &env-home4,env); 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 26 页 - - - - - - - - - shoot(&env-home2, env); pass(&env-home2, env); Attack2(&env-home2,env); Position1(&env-home1,&en

38、v-opponent2.pos.x,&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-

39、currentBall.pos.y ); 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 guy MoonFollowOpponent ( &env-home 1, &env-opponent 2 ); MoonFollowOpponent ( &env-home 2, &e

40、nv-opponent 3 ); MoonFollowOpponent ( &env-home 3, &env-opponent 4 ); / attack MoonAttack ( &env-home 3, env ); / Goal keeper Goalie1 ( &env-home 0, env ); / by moon at 24/03/2002 / below code will not work. never try. / env-home0.pos.x = 50; 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - -

41、名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 26 页 - - - - - - - - - / env-home0.pos.y = 0; / env-home0.rotation = 20.0; break; case PLACE_KICK: MoonAttack ( &env-home 2, env ); break; case PENALTY_KICK: switch (env-whosBall) case ANYONES_BALL: MoonAttack ( &env-home 1, env ); break; case BLUE_BALL: MoonAttack ( &e

42、nv-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=0;kopponentk.pos.x, env-opponentk.pos.y, env-opponentk.pos.z); fclose(debugfile); MoonAttack ( &env-home 0, env ); break; case GOAL_K

43、ICK: / MoonAttack ( &env-home 4, env ); /Position(&env-home4,env-currentBall.pos.x,env-currentBall.pos.y); 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 26 页 - - - - - - - - - / shoot(&env-home3,env); Kick(env,&env-home3,180); break; void closeto(Robot *robot

44、,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-pos.x, op

45、ponent-pos.y); void Velocity ( Robot *robot, int vl, int vr ) robot-velocityLeft = vl; robot-velocityRight = vr; 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 16 页，共 26 页 - - - - - - - - - void Angle ( Robot *robot, int desired_angle) int theta_e, vl, vr; theta_e =

46、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; 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

47、)theta_e); vr = (int)(11.0/90.0 * (double)theta_e); Velocity (robot, vl, vr); void Angle1(Robot *robot,int desired_angle)/ 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; 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - -

48、 - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 17 页，共 26 页 - - - - - - - - - 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 AngleOfPosition(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

49、, 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),(double)(dx); theta_e = desired_angle-(int)robot-rotation; while(theta_e 18

50、0) 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); 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 18 页，共 26 页 - - - - - - - - - void Position1( Robot