機(jī)器人足球比賽防守與進(jìn)攻隊(duì)形轉(zhuǎn)換的研究

文章編號：1003-6199(2011)04-0134-03

摘 要：隨著機(jī)器人足球的發(fā)展，機(jī)器人防守和進(jìn)攻的隊(duì)形對于比賽顯得尤為重要。為了加強(qiáng)機(jī)器人足球比賽中的防守和進(jìn)攻，文章通過分析足球在不同區(qū)域時防守隊(duì)形的選擇、防守與進(jìn)攻的隊(duì)形轉(zhuǎn)換、以及在極端情況下剩余機(jī)器人的有效利用等幾個問題，研究和設(shè)計(jì)機(jī)器人防守和進(jìn)攻隊(duì)形轉(zhuǎn)換的算法和策略。機(jī)器人隊(duì)形的選擇采用人性化的方法，大大提高了隊(duì)形的形成速度，在極端狀態(tài)下也做出相應(yīng)的策略來加強(qiáng)進(jìn)攻。通過實(shí)驗(yàn)表明，該策略增加了防守和進(jìn)攻的效率，提高了進(jìn)球的幾率。

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關(guān)鍵詞：防守與進(jìn)攻； 隊(duì)形轉(zhuǎn)換； 極端情況

中圖分類號： TP24 TP31 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

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Research on the Turnformation of Defense and Offence in Robot Soccer Game

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LIU Exin1， SU Yu1， ZHONG Weisheng1， HUANG Hong1，2， WEI Yue1

(1.Zhuhai，Beijing Institute of Technology， Zhuhai 519088，China；

2.Automation College， Beijing Institute of Technology， Beijing 100081， China )

Abstract:With the development of robot soccer， the formation of robots defense and offence is particularly important in the competition. In order to promote confrontation of robot soccer game， the arithmetic and tactics of turnformation based on robot defense and offence are studied and designed through analyzing the defense formation choice in the different areas， the interconversion of defense formation and offence formation， and economizing problem of residue robots under the extreme case. The choice of robots formation is confirmed by using humanized methods so that the speed of formation is improved. At the same time the corresponding tactics are adopted to enhance offence under the extreme case. The experiments have shown that the strategy increased the efficiency of defense and offensive and greatly improved the possibility of scoring for our part.

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Key words:defense and offense；turnformation； extreme case

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1 引 言

在機(jī)器人足球比賽中，為了加強(qiáng)機(jī)器人防守與進(jìn)攻策略的有效性^［1，2］，在隊(duì)形策略上提出了在我方半?yún)^(qū)的防守隊(duì)形和在敵方半?yún)^(qū)的進(jìn)攻隊(duì)形，以及在敵方禁區(qū)上下底線的隊(duì)形設(shè)計(jì)。在整個比賽中，必將形成防守和進(jìn)攻的隊(duì)形相互轉(zhuǎn)換，因?yàn)榉朗嘏c進(jìn)攻，主要取決于足球當(dāng)前的落點(diǎn)。為增加比賽的順暢性，形成一種人性化的足球比賽和有利的隊(duì)形^［3，4］，根據(jù)落點(diǎn)的分析判斷形成基于足球落點(diǎn)分析的隊(duì)形策略，如圖1所示。

2 球在不同區(qū)域隊(duì)形的選擇

一種隊(duì)形適應(yīng)不了整場比賽，因?yàn)橐环N隊(duì)形在某種情況下可能為自己帶來不利因素，例如在禁區(qū)犯規(guī)導(dǎo)致該進(jìn)的球無效等。所以根據(jù)球在不同區(qū)域?qū)C(jī)器人做出不同的隊(duì)形調(diào)整是有必要的^［5］，在此分析足球在以下三種區(qū)域時，機(jī)器人的隊(duì)形情況。

2.1 球在我方半?yún)^(qū)

當(dāng)球在我方半?yún)^(qū)時（以下均假設(shè)我方為左方），此時應(yīng)該加強(qiáng)防守，破壞對方的進(jìn)攻，為此我們設(shè)計(jì)了一種多道防守防線的防守隊(duì)形，以加強(qiáng)當(dāng)?shù)谝坏婪谰€漏球時，第二道防線接著搶球，以此類推的防守情況，每道防線都依次錯開一定的距離，使得防守期間不漏球，加強(qiáng)防守的有效性，同時讓球的最大走位角度盡可能大的偏離球門的方向，示意圖如圖2所示。

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2.2 球在敵方半?yún)^(qū)

當(dāng)球在敵方半?yún)^(qū)時（禁區(qū)附近外），處于進(jìn)攻狀態(tài)，此時應(yīng)該加強(qiáng)進(jìn)攻^［6］，破壞對方的防守，在進(jìn)攻的策略上，為了避免漏球，利用漏斗陣形將球控制住，為此，引入x，y軸，根據(jù)球的x，y坐標(biāo)，使得機(jī)器人依次分布成為一個漏斗形，然后一直將球推至敵方禁區(qū)前，以便制造更多的射門機(jī)會，示意圖如圖3所示。

計(jì)算技術(shù)與自動化2011年12月

第30卷第4期劉鍔欣等：機(jī)器人足球比賽防守與進(jìn)攻隊(duì)形轉(zhuǎn)換的研究

2.3 球在敵方禁區(qū)上下底線

當(dāng)球在敵方禁區(qū)上下底線時，仍處于進(jìn)攻狀態(tài)，為了避免讓系統(tǒng)造成FreeBall浪費(fèi)10秒鐘，設(shè)置3名球員在大禁區(qū)邊緣等待制造FreeBall，以節(jié)約比賽時間同時也起到埋伏射門的作用，等待其他機(jī)器人將球傳到禁區(qū)邊緣，創(chuàng)造射門機(jī)會，以右下角底線為例，示意圖如圖4所示。程序代碼如下：圖3 球在敵方半?yún)^(qū)漏斗隊(duì)形

//獲取球的坐標(biāo)

CPoint mball;

mball = ball.posture.position; 

//再對各個機(jī)器人基于球所在位置分布埋伏及進(jìn)攻位置 

pos［3］.x = mball.x-150; 

pos［3］.y = mball.y + 50;

pos［5］.x = mball.x-150;

pos［5］.y = mball.y - 50;

pos［4］.x = mball.x-100;

pos［4］.y = mball.y + 80;

if(pos［4］.x > banareaR.left-8)

pos［4］.x = banareaR.left-8;

pos［1］.x = mball.x-100;

pos［1］.y = 636;

if(pos［1］.x > banareaR.left-8)

pos［1］.x = banareaR.left-8;

pos［6］.x = mball.x-100;

pos［6］.y = mball.y - 80;

if(pos［6］.x > banareaR.left-8)

pos［6］.x = banareaR.left-8;

pos［2］.x = mball.x-100;

pos［2］.y = 188;

if(pos［2］.x > banareaR.left-8)

pos［2］.x = banareaR.left-8;

//待確定好所有位置之后，立刻利用跑位函數(shù)跑到基于足球落點(diǎn)所確定的各個位置，從而形成進(jìn)攻兼埋伏的隊(duì)形

home［3］.Position2(pos［3］);

home［4］.Position2(pos［4］);

home［5］.Position2(pos［5］);

home［6］.Position2(pos［6］);

home［1］.Position2(pos［1］);

home［2］.Position2(pos［2］);

3 防守與進(jìn)攻隊(duì)形的轉(zhuǎn)換

在比賽中，根據(jù)預(yù)測足球位置所在區(qū)域，使機(jī)器人隨時準(zhǔn)備進(jìn)行對隊(duì)形的轉(zhuǎn)換，然后以最快的速度形成隊(duì)形。在此利用了就近原則達(dá)到目的，因?yàn)檫@樣可以以相同的速度，最短的距離跑至最理想的位置，通過縮短距離來提高隊(duì)形的形成速度，從防守到進(jìn)攻的角度看，可以形成快速的反擊，制造更高效率更多射門幾率的進(jìn)攻；從進(jìn)攻到防守的角度看^［7］，可以使得處于劣勢的我方形成快速的回防，為下一步的進(jìn)攻提供有力的保障。因?yàn)樵诒荣愔蟹朗卣紦?jù)著重要的地位，同時對防守策略提出了更高的要求^［8］。

當(dāng)球在敵方禁區(qū)附近上下底線時，我方形成埋伏射門且看時機(jī)制造FreeBall的隊(duì)形，既有利于制造射門機(jī)會，又有利于節(jié)省FreeBall的10秒鐘。以球在敵方禁區(qū)附近上下底線的一種隊(duì)形轉(zhuǎn)化策略為例，如圖5所示。

3.1 預(yù)測球的下一個位置所在區(qū)域

當(dāng)敵我雙方在敵方半?yún)^(qū)互相搶球時，注意球的走位，如果有球往我方半?yún)^(qū)跑動的趨勢，快速形成回防隊(duì)形；否則，判斷球是否跑至敵方禁區(qū)附近上下底線區(qū)域，此時根據(jù)返回的區(qū)域值來確定球的確切區(qū)域，并利用就近原則形成埋伏隊(duì)形。

3.2 判斷球是否成為死球

當(dāng)球在敵方禁區(qū)上下底線時，判斷球是否即將形成死球，若是，則守在大禁區(qū)邊緣的3個等待制造FreeBall的機(jī)器人立刻跑進(jìn)禁區(qū)制造犯規(guī)，以便節(jié)省死球的耗時；否則，找準(zhǔn)角度向大小禁區(qū)中間傳球給埋伏機(jī)器人，讓機(jī)器人找準(zhǔn)時機(jī)射門，這樣既然可以節(jié)省時間，又可以增加射門幾率。

3.3 埋伏機(jī)器人射門判定

埋伏機(jī)器人需要有兩種準(zhǔn)備，一是判定是否球?yàn)樗狼颍却圃霧reeBall；二是判定球是否已經(jīng)傳到大小禁區(qū)中間，等待時機(jī)，判斷球與機(jī)器人的最近距離，然后再讓該機(jī)器人射門完成最后一擊。

4 極端情況下剩余機(jī)器人的有效利用

在圖3所示的情況中，如果出現(xiàn)最后一個機(jī)器人的位置處于上下邊界附近，此時可能形成不了完整的漏斗形。對于這種情況，我們對漏斗底端的機(jī)器人的y坐標(biāo)進(jìn)行判定，如果出現(xiàn)此種極端情況，則利用其余3個閑置機(jī)器人來輔助另外一個漏斗邊緣，使之更加嚴(yán)密^［9，10］，形成一道完整的 “人墻”。

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論

通過此次研究，機(jī)器人隊(duì)形的選擇采用人性化的方法，特別是在轉(zhuǎn)換方式上，大大提高了隊(duì)形的形成速度，在極端狀態(tài)下也做出了相應(yīng)的策略來加強(qiáng)進(jìn)攻。通過實(shí)驗(yàn)證明，與未利用極端條件下的閑置機(jī)器人相比，前者比后者更加有利于在進(jìn)攻時，提供一定的防守；同時在設(shè)置埋伏機(jī)器人后，也有效地節(jié)省了死球的耗時，增加了射門次數(shù)，為進(jìn)球提供了可能。

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收稿日期：2011-10-18

作者簡介：劉鍔欣（1991—），男，廣東陸豐人，學(xué)士生，研究方向：計(jì)算機(jī)技術(shù)(E-mail：xin2xin1314@sina.com)；蘇 禹（1979—），男 ，貴州黔西人，副教授，博士，研究方向：自動化及相關(guān)技術(shù)的研究。