試析RobCup3D的進(jìn)攻策略

李友坤

(安徽理工大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院，安徽 淮南 232001)

緒論

RoboCup簡介

RoboCup，于1996年在日本舉行首屆比賽。在后來規(guī)定，每一年舉辦一次。其規(guī)模也越來越大，帶動了大批新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，特別是人工智能、智能機器人領(lǐng)域的研究。也促使了一大批有志之士參與到其中。RoboCup分為實體機器人比賽和仿真組比賽，由于仿真組比賽無需大量的資金基礎(chǔ)，而且其比賽環(huán)境、模擬機器人與實際的比賽環(huán)境、實體機器人相差不大，因此，參加仿真組比賽的隊伍越來越多。它主要研究決策子系統(tǒng)，用此來控制機器人的進(jìn)攻和防守，而無需考慮硬件方面的磨損，也使實體機器人決策系統(tǒng)得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展，為其實現(xiàn)最終目標(biāo)打下堅實的基礎(chǔ)。

仿真組機器人足球比賽。我們主要研究仿真組比賽，因此，只需要考慮決策子系統(tǒng)的研究便能達(dá)到相應(yīng)的目的。在仿真組比賽中，決策系統(tǒng)大體可以分為兩種，一是防守，另一個便是進(jìn)攻。仿真組機器人足球比賽主要有2D和3D的分類，相比而言，3D發(fā)展的較慢，還沒有形成好的進(jìn)攻模型，多是采取單人進(jìn)攻和團(tuán)體防守（團(tuán)體防守就是說，所有人前去搶球）。下面我們主要討論仿真組3D足球比賽中的進(jìn)攻策略。

在現(xiàn)階段，進(jìn)攻策略存在的難題主要有陣形，球隊配合，路徑規(guī)劃和避障等問題。本文主要對此展開簡要的論述。

2 進(jìn)攻策略

2.1 新規(guī)則

RoboCup新規(guī)則如下：

1）守門員及所有球員倒地30m內(nèi)必須爬起來，否則會被罰出場。

2）在球的半徑0.5m范圍內(nèi)，雙方各只能出現(xiàn)一人，否則會被彈出場外，1.5m范圍內(nèi)，雙方可以各出現(xiàn)兩人，因此盡量不要將隊員一字排開且距離很近，否則很有可能在球前進(jìn)的過程中會逐步將球員彈出場，使己方的防守和進(jìn)攻陷入被動，因此跟隊友的距離要注意。

在增加了以上的規(guī)則后，機器人決策系統(tǒng)就顯得更加重要。也使設(shè)計決策系統(tǒng)的時候增多了許多注意事項。特別是對球隊的防守起了至關(guān)重要的作用，對單人進(jìn)攻卻沒什么制約，反而有許多利處。但是球隊的取勝不能只靠單人進(jìn)攻，還要有團(tuán)隊的配合，那樣的球隊才是一個好的球隊。但是這個規(guī)則，對團(tuán)隊配合就顯示出了制約作用。

2.2 進(jìn)攻陣形

在仿真組3D比賽中，陣形的優(yōu)劣直接影響著球隊的勝負(fù)。在比賽中共有六個機器人球員，除了守門員，便只有五人可以參與進(jìn)攻。雖然現(xiàn)在是全攻全守的時代，但是為了自己后場的防守，必須要留下一到兩人防守。這樣才能保證球隊的全心全意進(jìn)攻，保障進(jìn)攻的順利性。不妨我們就稱這兩個為后衛(wèi)。這樣，參加進(jìn)攻需留有三個，中路定要留守一個，因為中路進(jìn)攻是到達(dá)球門最快的方法；另外，球員之間要有配合，中路就必須有接應(yīng)，因此，中路這個球員可稱它中鋒。一般情況下球隊進(jìn)攻均會選擇中路進(jìn)攻，因此中路的障礙總會是最多的，為了避開這些障礙，我們最好選擇邊路進(jìn)攻，所以邊路要留有一到兩名球員。在我看來，為了使配合更加流暢，應(yīng)在左右兩個邊路各留一名球員，我們稱其為左右邊前鋒。這樣就形成了一二二一的陣形，進(jìn)攻則是由一個中鋒和兩個邊前鋒完成。這樣一來，中鋒也可以及時退回防守，也可以參與到進(jìn)攻中。

2.3團(tuán)隊配合

要完成整場比賽，隊員中要有多種配合，中鋒和邊鋒的配合，中鋒和后衛(wèi)的配合，邊鋒和后衛(wèi)的配合，后衛(wèi)和守門員的配合。還要存在多種角色轉(zhuǎn)換，邊鋒轉(zhuǎn)換為后衛(wèi)，后衛(wèi)變?yōu)榍颁h，中鋒無需轉(zhuǎn)換角色（實際上中鋒是和中后衛(wèi)互相轉(zhuǎn)換的）。在這個陣形中，中鋒還有點中后衛(wèi)的任務(wù)。

2.3.1 進(jìn)攻配合

我方進(jìn)攻時，在單體進(jìn)攻的基礎(chǔ)上，添加多方配合。這種配合是在足球比賽中最基本的，但是在機器人足球比賽中還是一種很好的進(jìn)攻方法，至少在時下。下面就簡述這種配合的實現(xiàn)。

在我方拿球時，先傳給中鋒，這時兩個邊路要往前方行進(jìn)，速度要比中鋒稍微慢一點。然后讓中鋒往前方帶球。這樣會吸引對方一大部分球員前來搶球。這時（不要等對方球員到跟前，要和他們保持一定的距離），中鋒便要往兩個邊路傳球，不妨假設(shè)，中鋒傳向左邊路。左邊鋒便向前去接球，拿到球后，直接向前帶球。這時推進(jìn)的要比中鋒帶球突進(jìn)的速度快，等對方球員前來斷球時，其再傳給中鋒，這時中鋒不能帶球前進(jìn)，要直接傳給右邊鋒，讓其完成這次進(jìn)攻。這只是一次配合，中間可以夾雜多次配合來完成進(jìn)攻。

上面論述的是進(jìn)攻配合的思想。要完成這樣的配合，就要有兩個行走的函數(shù)，一個是在拿球后，一個是沒有拿球的。拿球的行走動作要設(shè)計的快一點，沒拿球的要設(shè)計的慢一點，但不能太慢，要和帶球著相差不大。這套配合可用的前提，是由現(xiàn)階段的決策系統(tǒng)防守策略決定的。多次參加比賽，通過觀察，目前大部分球隊所采取的防守策略是扎堆式。中鋒在比賽中扮演了觀察員的角色，可由他指揮邊鋒的推進(jìn)和傳球。這種傳切配合要考慮很多客觀因素，包括比賽中的噪聲干擾。這種進(jìn)攻決策的好處是，通過傳切，可以使三個進(jìn)攻點的其中一個尋到一個比較空闊的射門場所，提高射門成功的機率。

2.3.2 角色轉(zhuǎn)換

在進(jìn)攻受阻后，便要進(jìn)入決策轉(zhuǎn)換中。當(dāng)傳球出現(xiàn)失誤，或是對方先進(jìn)攻時，邊鋒要往后衛(wèi)的角色轉(zhuǎn)換回到本方場地，讓后衛(wèi)前去封堵對方球員的進(jìn)攻。當(dāng)然，對方要先過了中鋒（作為中后衛(wèi)這一關(guān)），由其配合完成防守。

3 決策系統(tǒng)

雖然團(tuán)隊配合和陣形非常重要，但是，要有一個好的陣形和團(tuán)隊配合就必須有一個好的決策系統(tǒng)。這屬于知識工程的范疇，它是嶄新的前沿領(lǐng)域。現(xiàn)階段常用的決策系統(tǒng)有六部推理模型、四層決策結(jié)構(gòu)和三層決策模型。

3.1 六部推理模型

六部推理模型是由東北大學(xué)的徐心和教授提出的，該決策系統(tǒng)為自上而下分層遞階推理模型的代表。他的推理步驟可以簡單的敘述為（1）輸入信息預(yù)處理（2）態(tài)勢分析與策略選擇（3）隊形確定與角色分配（4）目標(biāo)位置確定（5）運動軌跡規(guī)劃（6）機器人行進(jìn)速度和射門動作。

3.2 四層決策結(jié)構(gòu)。四層決策結(jié)構(gòu)是對六步推理模型的進(jìn)一步演化。其與六步推理模型相似度極高，這里就不再做贅述。

3.3 三層決策系統(tǒng)。它與六步推理模型一樣，同屬于分層遞階控制方法，是一種多智能體采用集中控制方法，即用一個全局控制器對機器人進(jìn)行統(tǒng)一控制。它的三層分別是協(xié)調(diào)層，運動規(guī)劃層和基本動作層。這里的協(xié)調(diào)層包括六步推理模型的（1）輸入信息預(yù)處理和（2）隊形確定與角色分配，運動規(guī)劃層怎包含六步推理模型的（3）態(tài)勢分析與策略選擇（4）目標(biāo)位置確定和（5）運動軌跡規(guī)劃；基本動作層則是六步推理模型的（6）機器人行進(jìn)速度和射門動作。

球隊的進(jìn)攻和防守的好壞主要由機器人的決策系統(tǒng)決定，因此選擇一個好決策系統(tǒng)至關(guān)重要。

總結(jié)

總而言之，要想使球隊取得勝利，就必須有一個好的進(jìn)攻策略，只有防守好的球隊不會順利的贏得比賽，相反，最好的防守就是進(jìn)攻，一個好的進(jìn)攻策略可以給你創(chuàng)造更好的防守。本文對進(jìn)攻策略做了簡單的描述，并提倡球隊的團(tuán)隊配合。

[1]張春暉.機器人足球策略系統(tǒng)研究與實現(xiàn)：（博士學(xué)位論文）[D].沈陽：東北大學(xué)，2001

[2]郭葉軍，熊蓉，吳鐵軍.RoboCup機器人足球仿真比賽開發(fā)設(shè)計 [J].計算機工程與應(yīng)用，2003，（29）：146-148.

[3]朗軍成,白振興.足球機器人路徑規(guī)劃研究[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2004,(19):18-21.

[4]王榮本.新型視覺導(dǎo)航AGV的優(yōu)勢與應(yīng)用前景[J].物流技術(shù)與應(yīng)用,2005(7):23-27

[5]皮燕妮，史忠科.基于單目視覺的汽車防偏預(yù)警系統(tǒng)研究[J].計算機仿真，2005(10):44-46.