《一种足球机器人射门策略的人性化设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种足球机器人射门策略的人性化设计（4页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、2 0 0 5 中国控制与决策学术年会论文集P r o c e e d i n g so f2 0 0 5C h i n e s eC o n t r o la n dD e c i s i o nC o n f e r e n c e2 0 1 3一种足球机器人射门策略的人性化设计王雷，周国威，贾磊( 山东大学控制科学与工程学院，山东济南2 5 0 0 6 1 )捕娶：为提高足球机善人控制曲准确性和射门曲成功率，分析模仿了足球运动员的屠球活动提出了足球机器人的最佳击球方武和最佳“埋伏点”求出了足球机器人的最佳击辣点在射门过程中对击球点避行挂测时刘保持时闻和空间上的一致性，形成了一种具有人性化
2、的足球机器人射门策略实验结果表明壤设计提高了足球机器人射门的成功串和比赛的进球数，可以作为一种策略应用于足球机器人正式比赛关键1 蔚：足球机器人I 射门动作 人性化；最佳击球点H u m a n i z e dd e s i g no fs h o o t i n ga c t i o nf o rs o c c e rr o b o tW A N GL e i 。z H O UG u o - z o e i 。J l AL e i( S c h o o lo fC o n t r o lS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g ，S h a n d o
3、n gU n i v e r s i t y J i n a n2 5 0 0 6 1 C h i n a C o r r e s p o n d e n t IW A N GL e i ，E m a r l ls h e p h e r 3 3 1 6 3 c o r n )A b s t r a c t lT oi m p r o v eo d d so fs u c c e s s ( u ls h o o t i n ga n da c c u r a c yi nc o n t r o l l i n gi ts o c c e rr o b o t ，t h es h o o t
4、i n ga c t i o n so fs o c c e rp l a y e r sw e r ea n a l y z e da n di m i t a t e d T h eb e s th a t t i n gw a ya n dt h eb e s t 。h i d i n gp o i n t ”w e r ep r o p o s e dt oo b t a i nt h eb e s ts h o o t i n gp o i n to ft h es o c c e rr o b o t T ok e e pc o n s i s t e n c yo ft i m
5、ea n ds p a c ec o n s t a n t l y ，t h eb e s ts h o o t i n gp o i n tw a sm o n i t o r e di nt h ec o u r s eo fs h o o t i n g H u m a n i z e ds h o o t i n gs t r a t e g yw a sd e s i g n e df o rS o c c e rr o b o t T h et e s tr e s u l t si n d i c a t e dt h a tb o t ht h eo d d so fs u
6、c c e s s f u ls h o o t i n ga n dt h eg o a l sw e r ei m p r o v e d T h ed e s i g nc a r lb ea p p l i e dt ot h es o c c e rr o b o tt o r m a lm a t c ha sak i n do fs t r a t e g y K e yw o r d s ：s o c c e rr o b o t s h o o t i n ga c t i o n lh u m a n i z a t i o n Ib e s ts h o o t i n
7、gp o i n t1 引言始于上世纪9 0 年代初的机器人足球活动，波及的范围越来越广，比赛的类型也不断丹级经历了软件仿真比赛，轮式机器人足球赛，四足机器狗足球赛到近年的双足机器人踢球表演机器人足球之所以受到如此厚爱，是因为它涵盖了诸多的高新技术，是一项人工智能与机器人领域的应用基础研究，并推动了材料工程、能源工程、机械工程、电气工程、知识工程、生命工程、计算机工程等几乎全部科技领域的发展，实现机器人在体态、体感、体能、智能、技能和感知等各方面接近甚至超过人类o 本文针对集中控制式F I R A 微型足球机器人3 V S 3 系统进行研究比赛现场示意图如图1 所示，由安放在球场上方的摄像机摄
8、取图像，送至主机图像分析与识别由充当教练员的决策软件统一决策， 再通过广播式的天线通信方式指挥本队球员运厢1 机置人足球比赛场地全视田动在比赛中最重要的是能够破门得分，所以射门方法的好坏决定着控制的优劣 3 现在足球机器人射门方法主要是最优射门、模糊射门、中分线射门、余弦函数射门等方法 4 实验结果和比赛表明，这些方法往往比较复杂，多数停留在数学层次上，实战效果不甚理想特别是在足球机器人的射门过程中还存在以下问题：机器人系统是非完整约束运动系统“ ，系统不作者筒介。：g i n ( 1 9 7 0 - - - ) 男山东邬平人讲师，博士。从事过程控髓、控浏技术等研究2 0 1 42 0 0 5
9、 中国控帛】与决策学来年会论文集连续，击球方式欠佳。射门成功率较低等本文针对以上问题提出了人性化射门方案，在实战中取得了较好的效果 2 足球机器人射门人性化设计对人踢球活动的剖析发现，一类比较典型的进攻策略是；由边锋带球下底传中，由埋伏在理想射门点的前锋完成射门该策略具有以下特点：在理想射门点上对方防守球员往往较少，或者没有，前锋容易接球且射门角度较好；另外，射门时一般射向来球方向一捌球门，球速快，守门员不易防守在射门过程中，首先明确来球方向，调整启动方向，确定最佳击球点；然后前锋队员以直线路线向击球点跑去，当球与人距离满足起脚条件时，就向来球侧球门射门，只要配合默契成功率较高下面模仿人的踢球
10、方式来研究机器人踢球，使足球机器人具有人性化的特点2 1 击球方式考虑人踢球走的大都是直线，因为两点间直线距离最短，所以机器人的最佳击球路线也考虑用直线在射门过程中最重要的是击球，采取什么方式击球至关重要理想的击球方式必须满足：首先能够较好地击中球，这是提高射门几率的前提条件；其次球速应比较快，如果射门毫无力量，球就容易被守门员扑出；最后射门角度要好，使对方守门员不易守住球门如图2 所示+ 假设球具有向左的运动方向，击球方式大体可分为3 种：方式2 正碰，击球方向与球运动方向垂直，此方式最难击中球，并且击出去的球，守门员最容易守方式1 与3 看似差不多，都比较容易击中球，但是效果差别很大方式1
11、 击球时接近迎球方向，更容易击中球，也更容易发力，击球后球向着对方守门员运动方匍相反的方向运裁。破订几率较大方式3 明显有逭球的感觉，不易发力，并且击球后，易被防守挡出可以看出方式1 是较好的一种击球方式田2 击球方式示意2 2 最佳“埋伏点”有了击球方式就确定了当球从右( 左) 侧传来，射门机器人应当在左( 右) 侧埋伏，因此埋伏点应定在来球相反的方向为方便起见，以下均假设球具有向左的运动方向对传球作如下要求：1 ) 球速不易太快，否则射门机器人难以更好她击球，只要保证本方机器人先于对方机器人击中球即可i 2 ) 应把球传到位，即传到对方场地的禁区里最佳埋伏点与以下因素有关：1 ) 最大可能
12、地击中所有传人禁区的球，并使球具有最佳的射门角度；2 ) 运行距离，在此距离内能使机器人以最大速度稳定地撞击小球，记此距离为d ；3 ) 在击球过程中不易受到对方机器人的干扰如图3 所示，最佳埋伏点确定于A 点。A 点的确定需多次实验测得，还与对方队员的站位有关2 3 最佳击球点如果对系统运行缺乏预见性，决策将处于完全被动的局面该人性化射门设计最重要的是击球点的设计击球点的预测受到空同和时间的限制：时间上，当小球到达击球点时，视器人也应到达并具有最大速度；空间上，击球点是小球的运动轨迹与机器人的运动轨迹的交点，在此点上击球后，球的射门角度合适，能使射门后球到达c 点，c 点为理想入门点即B 点
13、为A C 与小球的运动轨迹的交点，可将其视为最佳击球点，如图3 所示 厂可 ： 一必一+ 。 圈3 最佳击球点与埋伏点示意在射门过程中，小球作匀减速直线运动，通过采样可得小球被传出时初速度1 ，* ，坐标( 咒。，Y * ) 与x轴正方向( 向右) 夹角，而小球的加速度可以测得，记为击球点在小球盼运行路线上，记为B 点，小球到达B 点的时间记为“考虑机器人的速度控制特点，将机器人小车的直线运动设计为以下过程：1 ) 方向调整时闯；根据计算出来的击球点，机器人应作方向调整，此时间设定为固定时问t +2 ) 启动过程t 在此过程中要求机器人以能承受的最大加速度n 。启动，以防止机器人发生打滑而失控
14、，获得速度y n 后进入匀速过程，y n 是通过计算出来的关键速度，此段时间为t 一王曹等：一种足球机器人射门策略的人性化设计2 0 1 53 ) 匀速直线运动：此过程机器人小车以y ，匀速运动，直到距小球不到一个车身( 记为上) ，以便更好地控制机器人，为准确击球作准备，此段时间记为f 砧4 ) 全速撞击：当机器人距离击球点不劐一个车身时，机器人小车应以最大速度y ，撞击小球，使小球改变方向飞向球门，时间记为t +因为时问上的一致性所以有 土 “一k 一4 ( 1 )_ 。1 如果4 。A 。 ，则满足时间上的致性，乱为最大允许误差。3系统流程为提高控制精度，要求控制系统具有连续性，在每一个
15、采样周期内都要对球速n ，方向以，坐标( x * ，y 。) ，机器人小车的速度y ，方向啡，坐标( x ，y ，) 进行检测，以便判断态势及计算击球点和控制小车的匀速速度V + 时刻保持系统时闻的一致性，使得机器入小车与小球在预定的击球点准确击球系统流程如图4 所示，圈4 机器人控爿藏程圈3 1对理想击球点进行检测由式( 1 ) 可得机器人从A 按照预定步骤到达理想击球点B 的时间应等于小球到达理想击球点B 的时间，即t 6 一t n 一如一t d t n = 4 ( 2 )其中：t ，为固定时间，k 和t 。都是随着击球点变化而变化，o 由下式求得：= 三V 用( 3 )由于小球作匀减速直
16、线运动，韧始位置离预测的击球点位移为& ，加速度可测为a 。初速度为“，时问为t 。根据运动方程S 6 = V 以一0 5 口嬲，( 4 )则小球到达击球点时间为毛一垦= ! ! L ；! 酋( 5 )由式( 2 ) ，( 3 ) 和( 5 ) 可得k 十一坠坐a 立b 然“，一丧V 一4 ( 6 )H式( 6 ) 等号右侧简记为t 由于t n 和t 。与V n 有关，由运动方程可得= V ，l 。一，( 7 )一竖掣( 8 )由式( 6 ) ( 8 ) 可得。- 。- _ 。_ _ 。_ - _ - - 。_ 。_ 。 _ _ _ _ _ _ _ 一 I ，1 = t r 2 3 口m + d 三曩f 一2 4 埔( S ，一工) ( 9 )速度V 。决定了击球点是否合适，有以下几
