第3章 FIRA仿真比賽

1、第3章 FIRA仿真比賽劉釗目錄 一、背景 二、仿真平臺(tái)介紹 三、創(chuàng)建一個(gè)簡(jiǎn)單的策略程序 四、比賽規(guī)則 五、方法與模式舉例 六、調(diào)試方法一、背景半自主型機(jī)器人足球類人型機(jī)器人足球全自主型機(jī)器人足球仿真機(jī)器人足球足球機(jī)器人系統(tǒng)基本框架 機(jī)器人執(zhí)行子系統(tǒng)動(dòng)作執(zhí)行體 機(jī)器人感知子系統(tǒng)了解環(huán)境信息和位置信息 機(jī)器人策略子系統(tǒng)多機(jī)器人協(xié)作、單機(jī)器人的技術(shù)動(dòng)作和運(yùn)動(dòng)規(guī)劃 機(jī)器人通訊子系統(tǒng)信息交換 在機(jī)器人足球的四個(gè)子系統(tǒng)中，決策子系統(tǒng)是核心和靈魂，它決定機(jī)器人足球系統(tǒng)的智能度，是人工智能的先進(jìn)理論應(yīng)用和測(cè)試的平臺(tái)FIRA：基于視覺的遙控足球機(jī)器人系統(tǒng)足球機(jī)器人策略子系統(tǒng)簡(jiǎn)介策略子系統(tǒng)（大腦）到底要什么功能

2、？建立、并靈活使用各種模型；建立、并靈活使用各種規(guī)則；存儲(chǔ)、選擇存儲(chǔ)、選擇足球機(jī)器人策略子系統(tǒng)簡(jiǎn)介是一個(gè)典型的智能系統(tǒng)： 獲得信息(感知、記憶、學(xué)習(xí)) 分析決策(信息處理) 輸出動(dòng)作(執(zhí)行)設(shè)計(jì)模型 設(shè)計(jì)模型1：輸入輸出響應(yīng)設(shè)計(jì)模型 設(shè)計(jì)模型2：世界模型執(zhí)行決策規(guī)則輸入輸出 設(shè)計(jì)模型2優(yōu)點(diǎn)： 建立世界模型，具有記憶功能； 規(guī)則分離出來，形成模塊； 輸出是有緩沖的； 設(shè)計(jì)模型2問題： 世界模型單一； 規(guī)則的使用不連續(xù)；前鋒后衛(wèi)守門員環(huán)境感知模型傳感器信息融合信息預(yù)處理特征狀態(tài)提取隊(duì)形確定及隊(duì)形變換動(dòng)作1隊(duì)形m隊(duì)形1.既定隊(duì)形圖6-5：足球機(jī)器人系統(tǒng)四層決策推理模型示意圖隊(duì)形角色1角色n.角色分配

3、及角色轉(zhuǎn)換角色集1隊(duì)形的角色集角色集m.動(dòng)作N.動(dòng)作A動(dòng)作An.動(dòng)作層動(dòng)作選擇足球機(jī)器人系統(tǒng)四層決策推理模型示意圖設(shè)計(jì)模型3：二、仿真平臺(tái)介紹 電腦: 奔騰 600MHZ的處理器 內(nèi)存 265M Windows 98 2000 XP 操作系統(tǒng) 此仿真軟件（1.5版本）可以在下面的網(wǎng)站上下載： Http：/ 機(jī)器人的場(chǎng)地分配HomeHome代表己方代表己方機(jī)器人機(jī)器人OppOpp代表對(duì)方機(jī)代表對(duì)方機(jī)器人器人箭頭所指的方向箭頭所指的方向?yàn)闄C(jī)器人的為機(jī)器人的方向方向home1home1home2home2home3home3home4home4opp1opp1opp2opp2opp3opp3opp4

4、opp4opp0opp0home0home0比賽基本過程 1. 雙方將自己的DLL文件放入C：Strategyblue(yellow)里面. 2.輸入自己的DLL文件名. 3.系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)用一次你的程序.三、創(chuàng)建一個(gè)簡(jiǎn)單的策略程序 1。打開V 或VC+6.0 2。創(chuàng)建（MFC DLL或win32 dll)項(xiàng)目, 取項(xiàng)目名，比如Strategy. 3。添加指定結(jié)構(gòu)定義(一般在stdafx.h里)：typedef struct double x, y,z; Vector3D; typedef struct long left, right, top, bottom; Bounds;typedef

5、struct Vector3D pos; Ball;typedef struct Vector3D pos;double rotation; OpponentRobot;typedef struct Vector3D pos;double rotation,velocityLeft, velocityRight; Robot;typedef struct Robot home5;OpponentRobot opponent5;Ball currentBall, lastBall, predictedBall;Bounds fieldBound, goalBound;long gameState

6、;long whosBall;void *userData; Environment; 4。添加指定外部函數(shù)： 在Strategy.h里：extern C void _declspec(dllexport) Create ( Environment *env ); extern C void _declspec(dllexport) Strategy ( Environment *env );extern C void _declspec(dllexport) Destroy ( Environment *env ); 在Strategy.cpp里：extern C void Create (

7、 Environment *env )extern C void Strategy ( Environment *env ) extern C void Destroy ( Environment *env ) 5。完成！Strategy () 函數(shù)void Strategy ( Environment *env )switch (env-gameState)case 0:MoonFollowOpponent ( &env-home 1, &env-opponent 2 );MoonFollowOpponent ( &env-home 2, &env-oppon

8、ent 3 );MoonFollowOpponent ( &env-home 3, &env-opponent 4 );MoonAttack ( &env-home 4, env );Goalie ( &env-home 0, env );break;case FREE_BALL:四、比賽規(guī)則 見附件。比賽演示 演示比賽 傳中射門 門前盤帶五、方法與模式舉例 1.信息獲取與存儲(chǔ)信息獲取、積累、預(yù)測(cè) 信息獲取：感覺、查詢、解析。 信息積累：保存必要的信息。 信息預(yù)測(cè)：非常重要、困難；空間大，要有針對(duì)性；球的位置預(yù)測(cè) 考慮因素： 速度衰減（建立速度正常衰減模型） 邊

9、界反彈與衰減（建立邊界反彈模型） 隊(duì)員干擾（建立對(duì)手干擾模型） 關(guān)于坐標(biāo)系建立； Vector3D turn_blue(Vector3D p)Vector3D pp;pp.x=p.y-41.8;pp.y=93.4-p.x; return pp; Vector3D turn_yellow(Vector3D p)Vector3D pp;pp.x=41.8-p.y;pp.y=p.x-6.8; return pp; double turn_blue(double rotate)rotate=270+rotate; if(rotate=0)rotate-=360;return (rotate+360);

10、double turn_yellow(double rotate)rotate=450+rotate;if(rotate=0)rotate-=360;return (rotate+360);關(guān)于球的信息:void predict_ball_pos(void)double dx = my_head.ball.loc_now.x-my_head.ball.loc_last.x; double dy = my_head.ball.loc_now.y-my_head.ball.loc_last.y;double ra=0.45; /速度衰減率for(int i=1;iPre_View_No;i+) /

11、預(yù)測(cè)double try_x = my_head.ball.loc_array_prei-1.x+dx;double try_y = my_head.ball.loc_array_prei-1.y+dy;if(try_x BALL_MOST_RIGHT)dx=-dx*ra;else if(try_y BALL_MOST_UP)dy=-dy*ra;else if( try_y try_x-29.6)dx=-dy*ra;dy=-dx*ra;else if(try_y try_x + 116)dx=dy*ra;dy=dx*ra;else if(try_y -try_x + 116)dx=-dy*ra

12、;dy=-dx*ra; my_head.ball.loc_array_prei.x=my_head.ball.loc_array_prei-1.x+dx; my_head.ball.loc_array_prei.y=my_head.ball.loc_array_prei-1.y+dy; / for every seconds; / end predictball 關(guān)于隊(duì)員的信息:typedef struct myRobotint FREE;int fore_back;Vector3D loc_last;Vector3D loc_now;Vector3D loc_next;Vector3D su

13、du_vector; double sudu_abs;double angle_last;double angle_now;double angle_next;double angle_v;double angle_move;Vector3D loc_catch_ball;Vector3D loc_shoot_to_point;double dist_to_ball;double dist_to_ball_next_time; double dist_to_my_goal;double dist_to_shoumen_loc;double dist_to_fangshou_loc;double

14、 angle_ball_to_me;double key_time;double power;double dist_to_catch_ball;double dist_to_catch_ball_next_time;double angle_catch_ball_to_me;double angle_ball_should;double Q;double last_add_r;double last_add_l;bool is_ready_outline;int out_line_num;bool outline_is_left_or_right;double outline_long;bo

15、ol could_turn; myRobot; 關(guān)于世界的信息:typedef struct myData Environment* env;myBall ball; myRobot his5;myRobot my5;Vector3D loc_shoumen;Vector3D loc_fangshou;int p_my_qianfeng;int p_my_youyi;int p_my_zuoyi;int p_my_houwei;int p_my_shoumen;int p_his_qianfeng;int p_his_xiezu;int p_his_youyi;int p_his_zuoyi;

16、int my_qianfeng_state; myData; 關(guān)于自動(dòng)信息獲取:邊界信息;球速度衰減,反彈;球員加速度(線速度角速度);球員減速情況等.常用決策框架 集中控制型 分布控制型 時(shí)時(shí)規(guī)劃型 階段規(guī)劃型常用決策框架 集中控制型、時(shí)時(shí)規(guī)劃型 舉例：獲取信息;局勢(shì)判斷;總體任務(wù)確定;角色分配;任務(wù)分配;動(dòng)作確定;輸出.環(huán)境感知模型傳感器信息融合信息預(yù)處理特征狀態(tài)提取隊(duì)形確定及隊(duì)形變換動(dòng)作1隊(duì)形m隊(duì)形1.既定隊(duì)形圖6-5：足球機(jī)器人系統(tǒng)四層決策推理模型示意圖隊(duì)形角色1角色n.角色分配及角色轉(zhuǎn)換角色集1隊(duì)形的角色集角色集m.動(dòng)作N.動(dòng)作A動(dòng)作An.動(dòng)作層動(dòng)作選擇足球機(jī)器人系統(tǒng)四層決策推理模型

17、示意圖模塊間的關(guān)系？模塊間的關(guān)系 策略：決定目標(biāo)（短期、中期目標(biāo)）； 模式：定義角色，分配角色； 動(dòng)作：具體的安排。 =特點(diǎn)= 層次不同； 需要評(píng)價(jià)； 相互作用；決策形成的基本模式在數(shù)據(jù)與模型中疊代：選擇目標(biāo)；搜索行動(dòng)方案；更新數(shù)據(jù)與模型直到收斂（滿意）。FIRA 中的例子 當(dāng)前狀態(tài)：“我”在A點(diǎn)，球在B點(diǎn)，其速度為V。 目標(biāo)：盡快上前，經(jīng)過1次擊球，球以最大速度到C。 如何行動(dòng)？ 分析：確定擊球可能發(fā)生的時(shí)間是問題的關(guān)鍵。 搜索方法1（確定步伐）： 嘗試：1s,2s,3s, , 之后，球員是否能夠剛好到達(dá)合適的位置。 改變步伐算法描述：step初值設(shè)置，一般為1；如果要改變方向， step=

18、 step/2; 如果不要改變方向， step= step*2; 如果滿意則完成，否則，轉(zhuǎn). 子問題： 當(dāng)前狀態(tài)：“我”在A點(diǎn)。 目標(biāo)：盡快上前到B，且到達(dá)B后運(yùn)動(dòng)速度向C。 如何行動(dòng)？時(shí)間耗費(fèi)多少？ = 方法1：查表。 方法2：數(shù)學(xué)函數(shù)計(jì)算法。方法1：十字交叉法 在A點(diǎn)與B點(diǎn)連線的中點(diǎn)，作垂線，與目的方向BC交與X點(diǎn)，則射線AX為目前小車的前進(jìn)的方向；動(dòng)態(tài)地跟蹤點(diǎn)X，即可以完成任務(wù)（到達(dá)B點(diǎn)，方向大約為BC）。方法2：如何行動(dòng)？ r=abs(Q)/60+dist_to_key_point/6; Key_point.x= key_point.x+ r* cos(angle_ball_should*PI/180+PI-Q*PI/360); Key_point.y= key_point.y + r* sin(angle_ball_should*PI/180+PI-Q*PI/360 ); act_daoda(no,Key_point,125);時(shí)間耗費(fèi) 時(shí)間耗費(fèi)因素：行動(dòng)方式；到目的地的距離；與目標(biāo)角度的角度差；當(dāng)前小車的角度與規(guī)劃方向的差；時(shí)間耗費(fèi) d=dist(p0,p_mubiao); a=angle(p_mubiao,p0)-angle(p_mubiao_to,p_mubiao);