机器人足球开发入门指南(FIRA5vs5仿真).docx

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1、名目第一章 、5V5 仿真组Middle Simurosot介绍 Fira Simurosot Game1.1 仿真型机器人足球介绍1.2 仿真系统根本构造1.3 仿真平台及系统特点1.4 运行环境和开发工具1.5 仿真平台的使用介绍其次章、仿真平台与策略关系及其运动策略开发指南2.1 什么是策略程序2.2 仿真平台与策略的运行关系2.3 仿真平台场地数据2.4 接口代码解析2.5 程序开发流程2.6 动作函数介绍2.7 在策略中调用动作的根本方法2.8 简洁策略开发2.9 各种定位球第三章、竞赛规章3.1 名词解释3.2 竞赛规章3.3 犯规与惩罚3.4 裁判3.5 环境3.6 其他1第一章

2、 5V5 仿真组Middle League Simurosot介绍FIRA SimuroSot Game1.1 仿真型机器人足球介绍仿真型机器人足球SimuroSotSimuroSot 是一种仿真的软件系统，在该项竞赛中，参赛的每个机器人不是 实际的机器人，而是用计算机模拟的虚拟机器人，它主要争论竞赛策略，以软件为主，无视机器人的硬件相关的需求。竞赛中，我们仅关注的似乎软件局部，主要争论用软件来实现既定的策略，完成给定的程序规律，主体的程序对语言要求很低，主要是要求拥有清楚的规律和编程思想。换言之，SimuroSot 类型的竞赛是智力与智力的碰撞。1.2 仿真系统根本构造仿真系统是有FIRA

3、供给的仿真程序，这个程序通过 DLL动态连接库接收双方策略， 决策系统由各队供给自己的DLL 程序。场上的数据由仿真程序计算给出，DLL 接收处理并将要发给机器人的命令传给仿真程序。21.3 仿真平台及系统特点开发者：澳大利亚的Dr.Jun Jo 领导的Griffith 大学信息技术学院RSS 开发小组系统特点：1. 机器人模型：Yujin 机器人的物理模型2. 模拟准确：碰撞检测完全，碰撞处理准确承受商业玩耍引擎公司Havok 的碰撞处理引擎3. 界面：3 维承受Direct 设计界面，3D Max 模型1.4 运行环境和开发工具仿真系统：3D Robot Soccer Simulator

4、1.5a编程语言：C/C+开发环境：MS Visual C+ 6.0 / MS VS2023模板：使用仿真系统供给的源程序模板3程序模板说明：程序使用动态连接库DLL方式硬件需求：Pentiun III 600 MHz 或其以上级别的显示卡256M 系统内存具有 32M 以上显存的TNT2 或其以上级别的显示卡能够支持 800600 以上区分率的显示器软件需求：Windows98 或以上版本的操作系统DirectX 8.0 或以上的版本1.5 仿真平台的使用介绍1.5.1 运行程序的方法1. 先将自己编写好的代码编译成 dll 文件，黄队程序拷到 C:strategyyellow,蓝队程序拷到

5、 C:strategyblue。2. 在仿真平台中点击STRATEGIES 按钮，选择C+，然后输入策略文件名，点击send。3. 选择相应的竞赛模式，依据规章摆放好球和球员后，点击start，开头竞赛。1.5.2 主菜单A-各队载入策略B-选择以何种方式开球，依次为 自由球，开球， 点球， 任意球，球门球C-选择开球方黄队蓝队D-开头竞赛E-竞赛时间和比分F-修改时间和比分 G-开头一场的竞赛H 平台帮助以及规章41.5.3 策略载入菜单选择使用何种开发语言Lingo/C+ 输入蓝队程序的文件名输入黄队程序的文件名将各队程序载入平台翻开状态查看窗口相识了球和机器人的一些根本信息1.5.4 竞

6、赛把握菜单A-马上回放B-暂停C-完毕竞赛1.5.5 回放把握菜单A-从头开头回放B-从前 300 个周期开头回放C-一般速度回放D-慢速度回放E-逐帧回放F-推出回放模式G-当前进球无效51.5.6 机器人的编号Home 代表己方机器人Opp 代表对方机器人箭头所指的方向为机器人当前的正方向1.5.7 鼠标和键盘操作鼠标：在竞赛开头前或竞赛暂停时，可以用鼠标拖动球机器人到场地的任何位置键盘：在竞赛开头前或竞赛暂停时，当鼠标点击某一个机器人后可以用键来调整该机器人的角度。其次章 仿真平台与策略关系及其运动策略开发指南2.1 什么是策略程序定义：策略程序就是自己编写的能够使仿真平台中机器人依据预

7、定方式运动的程序。通俗的来说，就是能够打竞赛的程序。2.2 仿真平台与策略的运行关系2.2.1 仿真平台与策略程序的通信方式62.2.2 策略程序每个周期承受的数据仿真平台传递给策略程序的数据：1. 己方、对方机器人坐标、角度当前周期，上一周期2. 球的坐标当前周期，上一周期2.2.3 策略程序每个周期发送的数据策略程序发送给仿真平台的数据：己方homei每个机器人的左轮速pwm1和右轮速pwm22.3 仿真平台场地数据2.3.1 场地顶点坐标72.3.2 场地的各种标志及尺寸单位厘米 机器人小车为抱负模型。速度限制在-125125。供给竞赛状态GameState和控球方WhosBall两个参

8、数。度量单位：英寸如转换成厘米，需乘2.54。球员方位角单位为角度。每方队员有五名，分别用不同的颜色来标示，右上角是黑色来区分前后，中间是代表队伍的颜色，在左下角是区分不同队员的标识：0 号一般是守门员，用大红色表示；1 号用紫色表示，2 号用紫红色表示，这两个一般用作防守；3 号用绿色表示，4 号用蓝绿色表示，这两个一般用作进攻；2.4 接口代码解析程序的接口 API 函数：函数接口 Create 主要是程序的初始化，在程序开头时由系统调用，主要作用是定义全部的数据，如创立对应于：Environment-userData 的函数，其中可以用来存储我们的策略执行状态等 Extern “C” S

9、TRATEGY_API void Create (Enviroment *env);函数接口Destroy 主要是程序的销毁，在程序完毕时由系统调用，主要作用是释放自定义的数据，如删除对应于：Environment-userData 的数据Extern “C” STARTGY_API void Destroy (Enviroment *env);函数接口 Strategy 是程序的主要执行规律，由系统反复调用，每次调用相当于真实系统下计算出的机器人左右轮的速率，并发送给小车，在这里，我们必需处理针对赛场上每一时刻的对策，每秒调用 60 次，即仿真周期为 1/60 秒。8Extern “C” S

10、TARTGY_API void Strategy (Enviroment *env);实际上程序只需要这三个接口，而我们的工作就是完成这几个接口的处理。程序的根本数据定义 Vector3D/位置向量定义typedef structdouble x, y, z;Vector3D;Bounds/区域范围定义typedef structlongleft, right, top, bottom; Bounds;Robot/我方机器人的信息定义typedef structVector3D pos;/机器人的坐标位置doublerotation;/机器人当前的角度doublevelocityLeft, v

11、elocityRight;/机器人的左右轮速 Robot;OpponentRobot/对方机器人信息的定义typedef structVector3Dpos;/机器人的坐标位置doublerotation;/机器人当前的角度OpponentRobot;Ball/小球信息的定义typedefstructVector3Dpos;/小球的坐标位置Ball;Environment/最重要的数据定义，包含全部运行时的信息，由系统刷typedef structRobot homePLAYERS_PER_SIDE；/我方机器人数组OpponentRobotopponentPLAYERS_PER_SIDE；

12、/敌方机器人数组BallcurrentBall,/当前小球的位置lastBall,/上一次小球的位置10predictedBall;/调用PredictBall函数后可获得数据BoundsfieldBounds,/场地范围goalBounds;/球门的位置与范围long gameState;/当前竞赛状态各种定位球的标志变量 long whosBall;/由谁把握球void * userData;/用户自定义信息Environment;仿真系统每秒会调用dll 中的接口函数Straegy 接口 60 次，也就是我们的每个处理周期是16.67 毫秒，在每次调用时，系统通过Environment

13、* env 这个指针向我们传递当前的系统的运行信息，然后我们运算后设置我方全部机器人的左右轮速，依此来把握机器人进展足球竞赛。需要留意的是：程序对于左右半场，应当分别处理。2.5 程序开发流程1. 在 C:Programe FilesRobot Soccer v1.5a 名目下找到Stragegy Source 文件。2. 将此文件夹的代码拷出，并在 VC6.0 或.NET2023 下翻开，可以看到系统供给的接口代码，同时也有一些系统供给的策略，这些策略只是供给参考，假设想要写出好的程序， 必需改进，或重编写。3. 在我们看到的程序中像下面这样一类函数都是开发者留给我们参考的，这些以后都需要自

14、己改进，自己编写。void PredictBall(Environment *env);/推想球的位置 void Goaliel(Robot *robot, Envirnment *env);/守门员策略void NearBound2(Robot *robot, double vl, double vr, Envirnment *env); void Attack2(Robot *robot, Environment *env);/机器人向小球移动方法void Defend(Robot *robot, Environment *env, double low, double high);/防守

15、后卫void MoonAttack(Robot *robot, Environment *env);/移动攻击void MoonFollowOpponent(Robot *robot , OpponentRobot *opponent);/跟随对方球员void Velocity(Robot *robot,int vl,int vr);/给机器人发送左右轮速void Angle(Robot *robot , int desired_angle);/机器人转到指定角度void Positon (Robot *robot, double x, double y);/机器人移动到指定的坐标2.6 动作

16、函数介绍为了完成各种策略，根本的做法是用分而治之，逐步求精的方法，将主要的策略分为假设干个根底策略，每个完整的策略分别由这些根本的策略组成，而这些策略又由一些根本的行为动作方式组成，我们的机器人把握程序最终就是由这些方法和行为动作方式来构成。下面是一些根本的动作函数:void Angle (Robot *robot ,intdesired_angle) /该动作可以让机器人转到任意指定的角度int theta_e, vl, vr;theta_e = desired_angle (int) robot - rotation; while( theta_e 180) theta_e -= 360;

17、while(theta_e -180) theta_e +=360;if (theta_e 90)theta_e -= 180;if (abs(theta_e) 50)vl = ( int ) (-9.0/90.0 * (double) theta_e); vr= (int ) (9.0/90.0 * (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)

18、;voidAttack (Robot * robot, Environment *env)/ 机器人向小球的位置移动的方法PredictBall (env);/估量小球的位置Position( robot , env- predictedBall.pos.x, env-predictedBall.pos.y);/移动机器人到小球的位置voidPredictBall( Environment *env)/预估小球的位置double dx = env -currentBall.pos.x env-lastBall.pos.x; double dy = env -currentBall.pos.y

19、env -lastBall.pos.y; env-predictedBall.pos.x = env-currentBall.pos.x + dx;env-predictedBall.pos.y = env-currentBall.pos.y + dy;void Position( Robot *robot, double x, double y )/该动作使移动小车到指定位置int desired_angle = 0, theta_e = 0, d_angle = 0, vl, vr, vc = 70;double dx, dy, d_e, Ka = 10.0/90.0;dx = x - r

20、obot-pos.x;/计算当前位置与目标的相对位移dy = y - robot-pos.y;d_e = sqrt(dx * dx + dy * dy);/计算机器人到目标位置的直线距离if (dx = 0 & dy = 0)/计算当前位置到目标点的角度desired_angle = 90;elsedesired_angle = (int)(180. / PI * atan2(double)(dy), (double)(dx);theta_e = desired_angle - (int)robot-rotation;/ 当前机器人的角度与机器人到目标连线角度的夹角while (theta_e

21、 180) theta_e -= 360; while (theta_e 100.)Ka = 17. / 90.;else if (d_e 50) Ka = 19. / 90.;else if (d_e 30) Ka = 21. / 90.;else if (d_e 20) Ka = 23. / 90.;elseKa = 25. / 90.;if (theta_e 95 | theta_e 180) theta_e -= 360;if (theta_e 80)theta_e = 80; if (theta_e -80)theta_e = -80;if (d_e 5.0 & abs(theta_

22、e) 40) Ka = 0.1;vr = (int)(-vc * (1.0 / (1.0 + exp(-3.0 * d_e) - 0.3) + Ka * theta_e);vl = (int)(-vc * (1.0 / (1.0 + exp(-3.0 * d_e) - 0.3) - Ka * theta_e);else if (theta_e -85)elseif (d_e 5.0 & abs(theta_e) gameState)case 0:Position (&env-home1,env-Home1.pos.x, 60);/让小车 1 沿着直线跑到X 轴与机器人位置相等Y 轴为 60 这

23、个点去Position (&env-home2,env-Home2.pos.y, 60);/让小车 2 沿着直线跑到Y 轴与机器人位置相等X 轴为 60 这个点去break;case FREE_BALL: break;case PLACE_KICK: break;case PENALTY_KICK:break;case FREE_KICK: break;case GOAL_KICK: break;让小车跑到指定的点对球员之间的协作有很大的关系，对于策略的协作极其重要。2. 让小车转弯跑switch (env-gameState)case 0:Position( &env-home1, 50,

24、60);/让小车跑到指定的坐标(50 ,60) break;case FREE_BALL: break;case PLACE_KICK: break;case PENALTY_KICK:break;case FREE_KICK: break;case GOAL_KICK:break;3. 让小车跟着球跑switch (env-gameState)case 0:Position(&env-home1, env- currentBall.pos.x, env- currentBall.pos.y);/让小车 1 跟着球跑break;case FREE_BALL: break;case PLACE_

25、KICK: break;case PENALTY_KICK:break;case FREE_KICK: break;case GOAL_KICK: break;让小车跟着球跑也是一种进攻方法，这适合初学开发者。但这有一个毛病，简洁犯规或造成乌龙球。4. 让守门员依据球的 Y 轴的移动而移动switch (env-gameState)case 0:Position(&env-home1, 91.0000, env-currentBall.pos.y);/让小车 1 守门，并且依据球的位置的移动而移动break;case FREE_BALL: break;case PLACE_KICK: brea

26、k;case PENALTY_KICK:break;case FREE_KICK: break;case GOAL_KICK: break;让守门员跟随着球的Y 轴和移动是一种很有效的守门方法，但守门员又不能离球门太远， 所以守门员的移动还得在确定范围之内。5. 让小车以最快的速度到达指定的点switch (env-gameState)case 0:Position(&env-home1, 60, env-currentBall.pos.x);/让小车 1 沿直线跑到X 轴与机器人位置相等Y 轴为 60 这个点去break; Position(&env-home2, 60, env-curre

27、ntBall.pos.y);/让小车 2 沿直线跑到Y 轴与机器人位置相等X 轴为 60 这个点去Velocity(& env-home1,125,125);/让小车 1 以最快的速度移动，125 为左右轮最大的速度Velocity(& env-home2,125,125);/让小车 2 以最快的速度移动，125 为左右轮最大的速度break;case FREE_BALL: break;case PLACE_KICK: break;case PENALTY_KICK:break;case FREE_KICK: break;case GOAL_KICK: break;2.8 简洁策略开发程序主要

28、是在接口 Strategy 中依据当前的状态处理竞赛时的信息，通过分支-选择构造来分别处理各种不同的状况switch(env-gameState)case 0:/default 却省状况下的策略(即没有选择任何竞赛模式)/三个机器人进展追赶对方的策略MoonFollowOpponent(&env-home1, &env-opponent2); MoonFollowOpponent(&env-home2, &env-opponent3); MoonFollowOpponent(&env-home3, &env-opponent4);/第四个抢球MoonAttack( &env-home 4,en

29、v);Goaliel (&env-home 0, env);/守门员守门break;case FREE_BALL:/发球坠球自由球时的策略/跟随对方MoonFollowOpponent(&env-home1, &env-opponent2); MoonFollowOpponent(&env-home2, &env-opponent3);MoonFollowOpponent(&env-home3, &env-opponent4); MoonAttack( &env-home 4,env);/第四个抢球 Goaliel (&env-home 0, env);/守门员守门break;case PLA

30、CE_KICK:/开球时的策略MoonAttack( &env-home 2,env);/由二号小车发球break;case PENALTY_KICK:/发生罚球点球时的策略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:/发生任意球时的策略在竞赛

31、中通常不会用到该模式 MoonAttack( &env-home 0,env); break;case GOAL_KICK:/发生球门球的策略MoonAttack( &env-home 0,env); break;2.9 各种定位球2.9.1 各种定位球坐标确定方法载入两个空策略，点击Open Viewer 菜单，翻开RSViwer，选择Ball，将球移动到待测试点后点击Start 进入竞赛状态，点击RSViwer 中的Display 可以看到球的坐标。2.9.2 自由球球与机器人摆放原则1. 将场地分成四个区域，每个区域都有一个自由球罚球点，在哪个区域犯规，就在那个区域罚自由球2. 球应当摆

32、放在罚球点上3. 每对有一个机器人放在离球 25 厘米的发球线上4. 其他机器人应当放在这个犯规区域以外5. 防守方机器人应在靠近自己底线的一边6. 防守方先摆放机器人自由球在程序中的推断1. 推断球场上全部机器人和球的速度格外小2. 推断球的位置是否在发球点上3. 推断我方和对方是否有且仅有一个机器人在球的四周相距25 厘米左右 结合以上三个条件起来就可以推断是否在罚自由球。2.9.3 点球球与机器人摆放原则1. 踢球机器人必需放在球的前方2. 防守的守门员必需压球门线3. 除了踢球机器人和防守守门员外，其他机器人都在另外半场4. 防守方先摆机器人点球的推断1. 推断球场上全部的机器人和球的

33、速度格外小2. 推断球的位置是否在发球点上3. 推断我方和对方是否有且仅有一个机器人在发球的那个半场结合以上三个条件起来就可以推断是否在罚点球。172.9.4 球门球球与机器人摆放原则1. 发球方只允许有一个守门员在大禁区内2. 球应当放在大禁区内3. 防守方机器人必需在自己半场4. 防守方先摆机器人球门球的推断1. 推断球场上全部的机器人和球的速度格外小2. 推断球的位置是否在大禁区内3. 推断我方是否有且仅有一个机器人在大禁区内4. 推断全部对方球员都不在我方半场结合以上四个条件起来就可以推断是否在罚点球门球。182.9.5 开球球与机器人摆放原则1. 发球方只允许有一个机器人在中场本方半

34、圆内2. 球应当放在中场圆心上3. 防守方机器人必需在自己半场，并不得进入中场本方半圆4. 防守方先摆机器人开球的推断1. 推断球场上全部的机器人和球的速度格外小2. 推断球的位置是否在中场圆心3. 推断我方是否有且仅有一个机器人在中场本方半圆内4. 推断全部对方球员都不在我方半场结合以上四个条件起来就可以推断是否在开球。19第三章 竞赛规章一、名词解释1、 进球：足球完全越过球门线，即为进球。2、 死球：足球被机器人和墙夹在中间无法移动、或足球被多个机器人包围卡住不动超过10秒时，则为死球。3、 竞赛中断：裁判员吹哨宣布竞赛开头或连续后，在 20 秒内没有任何机器人触到球，而且看上去没有机器

35、人将会触到球，可以竞赛中断。4、 坠球自由球：当发生死球或竞赛中断后，连续开头竞赛时所承受的方式。5、 任意球：发生犯规判罚、点球未中时所承受的连续开头竞赛的方式。二、竞赛规章1、赛前预备：为了验证机器人的编程是否参赛选手自己制作完成，在竞赛前将要求参赛选手陈述其机器人的编程思路。2、猜边：参赛双方用投币的方式选定开球或场地。选定后，参赛双方有2 分钟的预备时间。203、开球：开球时，全部的机器人都必需位于自己的半场，且必需处于静止状态，全部不开球的 机器人必需离球大于 25cm。开球方将开球机器人放置在距足球2cm 至 5cm 位置。裁判可以调整机器人的位置，并宣布完成调整。由裁判将竞赛双方

36、代码调入。开球机器人触球后，其他机器人方可触球。某方进球后，应由对方以同样方式，重开球连续竞赛。下半场，参赛双方互换场地及开球权。4、竞赛时间：常规赛：竞赛分上下两个半场，各5 分钟，中场休息时间2 分钟，竞赛开头前，每队有2 分钟的预备调试时间。加时赛：竞赛需有胜败时，且双方在 10 分钟竞赛中打成平局，另加加时赛。加时赛分上下两个半场，各 2 分钟，中间不休息。加时赛规章同上包括猜边、开球等。加时赛实行突然死亡法，即一方进球后竞赛完毕。5、点球：胜败点球：竞赛需有胜败，且双方在加时赛中无进球，则以互罚点球决胜败。首轮罚点球承受 3 球制，双方猜边、猜球后，轮番罚点球：完成3 个点球后，双方

37、仍平局，则承受轮番各罚 1 个点球，直至分出胜败。罚点球所用机器人为加时赛完毕时所用的机器人。罚点球时，除罚球机器人和对方守门机器人外，其他机器人均应在另外半场。对方守门机器人在球被踢出前，必需站在球门线的前的中间点。由裁判将球放置在点球位，罚球方将机器人放置在距足球 2cm 至 5cm 位置。假设踢出的球直接或触及守门机器人而进入球门，或主罚机器人将球带入球门，只要没有犯规现象发生，均应判为进球。假设守门机器人在球被踢出前发生移动，且足球未进，则判守门机器人违例，重罚点球。犯规点球：指常规或加时赛中，机器人严峻犯规被裁判罚的点球。罚球方式同上。假设点球未中，换由对方在原点球位开任意球。6、

38、防守违例：防守方的两个机器人不能同时并排在己方球门线前主动而非被动停留超过 5 秒钟， 否则判进攻方罚点球。7、 坠球：由裁判员将足球放在距原在位置最近的坠球点上，双方机器人可摆放在距足球 15cm 以外的任意地方；裁判吹哨后，开头连续竞赛。在摆放机器人位置时，各队在自己半场具有优先摆放权。在消灭死球或竞赛中断时，判罚坠球。8、 任意球：获得任意球的一方可以在球四周放置一个机器人，其他参赛机器人应放置在离球25cm 以外。由裁判员将足球放在发生犯规的地方，假设犯规地点距墙壁小于 15cm，则将球放在距墙壁 15cm 处。防守违例、点球未中时，判对方在最近的坠球点罚任意球。竞赛后开任意球的机器人

39、触球后，其他机器人方可触球。任意球为“两脚球”即开球直接入门无效，否则换由对方在坠球点罚任意球。9、 参赛队员：竞赛过程中，未经裁判允许，参赛选手不能操作演示机器。除非当竞赛中断，摆放各种定位球时参赛选手可以操作机器，但不允许调试程序；10、越位：竞赛没有越位规章。11、时间暂停：竞赛中没有时间暂停。12、计胜方法：在竞赛中，进球多的一方为得胜队，如双方均未进球或进球数目相等，则这场竞赛应为“平局”。13、当犯规与进球同时发生时，判进球有效，假设防守方向犯规在前，判进球有效，进攻方犯规在前，判进球无效，开球门球。三、犯规与惩罚1、防守违例：防守方的两个机器人同时在己方球门线前主动而非被动停留超

40、过5 秒钟以上。判对方罚任意球。2、直接判负： 消灭下述状况时，直接判定该队为竞赛负方： 参赛队员不听从裁判判决并顶撞裁判。四、裁判每场竞赛委派一名裁判员执行裁判任务，一名记分员记录竞赛过程和把握竞赛时间。裁判员在竞赛过程中所作的判决，为最终判决。裁判员的责任：1. 公正公正地执行规章。2. 避开作出对犯规队有利的判罚。3. 遇到有争议的问题时，由大赛的技术裁判最终作出工正的仲裁。4. 竞赛完毕后判定竞赛的胜败。五、环境竞赛现场不允许有不礼貌的行为，否则，依据裁判和治理委员会的打算，将会被驱除出竞赛现场并有可能取消其竞赛资格。六、其他1. 本规章的解释权属于微软千人机器足球大赛组委会。2. 现场竞赛成绩由裁判员确定并由参赛选手当场确认。逾期不的追诉和更改。3. 参赛选手对于裁判的打算必需听从。如有不同意见可以向机器人足球大赛组委会相关成员申述意见，但在竞赛现场不得干扰竞赛的正常秩序。