基于VB語(yǔ)言的機器人足球仿真比賽與對策研究

⒈ 引言

　　目前，有關(guān)機器人足球比賽的國際組織有兩個(gè)：RoboCup聯(lián)合會(huì )和FIRA組織。比賽項有三個(gè)：(1)、小型機器人比賽(Ф≤15cm);(2)、中型機器人比賽(15cmФ≤50cm);(3)、電腦模擬比賽。在仿真設計中涉及到很多關(guān)鍵性問(wèn)題，如智能體的體系結構、智能體團隊的合作、自學(xué)習功能等。采用一種基于行為模式的體系結構，使球員能根據環(huán)境和自己的狀態(tài)來(lái)決定當前的行為模式，然后根據該行為模式來(lái)決定當前要采取的動(dòng)作。而團隊合作則主要是通過(guò)隊伍的組建(陣形)實(shí)現的。每個(gè)陣形是一組角色的集合，不同的角色通過(guò)預定的協(xié)議來(lái)實(shí)現合作。本文通過(guò)對小型機器人足球比賽仿真組比賽(五對五)的對策進(jìn)行研究，提出了四步?jīng)Q策推理模型，利用大賽組委會(huì )提供的動(dòng)態(tài)鏈接庫，采用VB語(yǔ)言對此進(jìn)行了仿真。

　　2. 足球機器人對策研究
　　在足球機器人系統中，足球機器人對策研究屬于決策子系統，它的任務(wù)是根據當前球場(chǎng)上的比賽形勢，作出部署，給隊員發(fā)出指令，擔負起教練員的職責。對于足球機器人而言，教練員是個(gè)盲人，他不是用眼睛看到比賽場(chǎng)景，反映到大腦進(jìn)行形象思維，而是根據隊員在比賽場(chǎng)上的位置和球位置的精確數據對比賽場(chǎng)上的形勢進(jìn)行分析，所以更多的是依靠邏輯思維來(lái)完成推理過(guò)程。

　　這樣，決策子系統在制定決策時(shí)就應該參照盲人教練的思維過(guò)程展開(kāi)，嚴格地對鏈上的每一個(gè)環(huán)節進(jìn)行抽象推理，從而實(shí)現專(zhuān)家知識與決策過(guò)程的形式化。本文在此基礎上提出了四步?jīng)Q策推理模型如圖1所示。

　　2.1 輸入信息預處理

　　為了對比賽場(chǎng)上的形勢進(jìn)行分析處理，以便采用合適的策略和動(dòng)作，需要把從視覺(jué)系統得到的數據進(jìn)行模糊化與抽象化。此模塊包括以下幾個(gè)部分：

　　(1) 區域劃分：因為球是比賽場(chǎng)上的核心，它所處的位置影響到?jīng)Q策的結果，為此將球場(chǎng)分成如圖2所示六個(gè)區域：

　　(2) 判斷控球者：判斷哪方或哪名隊員控球，以便采取合適的策略;本文采用最短距離法，即誰(shuí)離球最近便代表誰(shuí)控球。

　　(3) 計算實(shí)體距離：包括球與球員之間的距離，兩球員之間的距離。

　　(4) 區域檢測：判斷該區域己方隊員的個(gè)數及對方隊員的個(gè)數。

　　(5) 選取傳球者：有兩種傳球方案，① 距離最近者 ②最佳球員。

　　2.2 態(tài)勢分析與策略選擇

　　對輸入信息進(jìn)行預處理后，根據賽場(chǎng)形勢，及時(shí)調整比賽策略。本文編寫(xiě)了三個(gè)策略：全攻全守、自由人戰術(shù)、人盯人策略。

　　(1) 全攻全守：一種積極的作戰方法。球在前場(chǎng)時(shí)全隊壓上(除守門(mén)員外)，有主攻與協(xié)攻隊員，中場(chǎng)負責搶球傳球;球在后場(chǎng)時(shí)全隊撤回進(jìn)行防御。

　　(2) 自由人戰術(shù)：偏向于防守。安排自由人全攻全守，其他隊員各自負責一區域。

　　(3) 人盯人策略：進(jìn)攻為全攻策略，防守時(shí)不只圍球轉，而是強調盯人和卡位。

　　本文通過(guò)平均累計性能最優(yōu)算法進(jìn)行調用。平均累計性能最優(yōu)算法是給每個(gè)策略設置性能指標初值，每次調用性能指標最優(yōu)的策略;當調用此策略獲得不良效果(如失分，失球等)，則性能指標減一，反之，獲得佳績(jì)(如得分，有效控球等)，則加一 [3]。

　　2.3 隊形確定與角色分配

　　在確定好策略以后，為了使足球機器人在比賽中相互配合、協(xié)調作戰，更好的完成各自的任務(wù)而不至于出現沖突，需要給每個(gè)機器人分配不同的角色。本文根據球位置及球員位置進(jìn)行角色分配。

　　確定好機器人角色后，就要對機器人的動(dòng)作進(jìn)行設計和安排，根據動(dòng)作函數調用關(guān)系及復雜程度把動(dòng)作分為三層：基本動(dòng)作，技術(shù)動(dòng)作，戰術(shù)動(dòng)作。

　　(1) 基本動(dòng)作：

　?、俚蕉c(diǎn) ②轉角 ③沿指定方向移動(dòng)

　　(2) 技術(shù)動(dòng)作：

　?、偕溟T(mén) ②攔截 ③守門(mén) ④傳球 ⑤控球

　　(3) 戰術(shù)動(dòng)作：

　?、?一傳一射 ②二過(guò)一 ③交叉掩護

　　3. 足球機器人仿真

　　通過(guò)模擬足球機器人系統，可促進(jìn)對人工智能和機器人學(xué)的研究和比賽經(jīng)驗的積累，產(chǎn)生新的控制方案和新的對策。VB是面向對象的編程語(yǔ)言，編程簡(jiǎn)單、界面友好，深受編程人員青睞。本文采用VB語(yǔ)言進(jìn)行仿真，通過(guò)調用VB接口函數(大賽組委會(huì )提供的動(dòng)態(tài)鏈接庫)編寫(xiě)AI程序。

　　3.1 VB接口說(shuō)明

　　大賽組委會(huì )提供的動(dòng)態(tài)鏈接接口包含在Cclient.bas模塊，主要有以下函數。

　　(1) GetStart：打開(kāi)和服務(wù)器的連接。

　　(2) GetInformation：從服務(wù)器端得到作戰的信息。

　　(3) RunTo：移動(dòng)指令。

　　(4) KickToTarget：向固定點(diǎn)踢球。

　　(5) KickToDirect：向固定方向踢球。

　　(6) NoKick：清空球員的預置動(dòng)作。

　　(7) GamePause：暫時(shí)停止服務(wù)器操作。

　　(8) GameResume：使服務(wù)器重新運行。

　　(9) GameState：顯示比賽狀況。

　　(10) CleanUp：結束與DDL的通訊。