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1、足球机器人培训手册概 述APOLLO号飞船实现了 “将人类成功送上月球并安全返回” 的目标。科学家和工程师们克服了重重困难，不断开拓、开创新的技术领域，才最终完成了这个梦想。2050年前研制一队全智能类人型机器人足球队员,并击败世界杯冠军,这个梦想离我们到底有多远? 国际机器人杯的组织者与爱好者勇敢接受挑战,义无反顾地向着这个目标努力，但它决不仅是他们的梦想，更是我们大家共同的梦想。足球运动作为一项体育竞技项目,完美地体现着人类追求配合、协作、体能、竞争 揭示着人类对于美的追求。正是因为它独特的魅力，才能如此长久地鼓舞人们的热情，让你哭、让你笑，让你激动，让你为之疯狂，让你欲罢不能 机器人足球
2、是以足球为载体的前沿高科技研究和高技术对抗，它广泛涉及人工智能、计算机视觉、自动控制、精密仪器、传感和信息等一系列学科的创新研究，其研究成果可广泛应用于工业、农业、军事、信息技术等实际领域，集中反映出一个国家的高科技水平和综合国力。青少年机器人足球赛是一个以机器人项目为主体的科技教育交流活动，目的是从小培养青少年的科技兴趣，激发他们学习的热情，并为他们提供机会，与世界其他国家的学生共同探讨机器人奥秘。为引发中国青少年对机器人足球的浓厚兴趣，针对青少年机器人足球赛，我们编写了这本学习手册，目的是让孩子们学习足球机器人的相关知识，编程，帮助他们为参加青少年机器人足球赛而做好准备。在手册中，我们并没
3、有给出一个完整的可以马上投入比赛的程序，而是根据机器人在比赛中所要遇到的各种情况，分别设计出相应的程序模块，同学们通过对这些模块程序的学习, 肯定会有所启发，然后进行相应的改进，最后，经过自己的努力，把这些模块连接起来，最终设计出自己的足球机器人程序，而不是简单的模仿，这也是我们编这一手册的初衷。也只有这样，才能激发学生们好学、好胜的心理，引导他们在活动中、在亲自动手操作过程中、通过自己的观察、分析，寻找自己完美的解决方案，增加机器人足球赛的趣味性与竞争性，同时，在这个过程中，学到多方面的知识与技巧，为将来的发展打下良好的基础。学习这一手册，要求你具有一定的ROBOLAB编程基础。如果你是初学
4、者，请先学习我们的ROBOLAB编程教材，循序渐进才能设计出一流的足球机器人队伍。目 次1. 制作足球机器人所需要的器材2. 足球机器人的任务3. 学习足球机器人之前的准备4. 在比赛中开定位球5. 机器人遇障碍物之后转弯6. 循环语句的使用7. 扫描8. 搜寻足球9. 简单的足球机器人10. 灰白渐变场地纸的检测11. 子程序的使用附：机器人足球赛规则一、制作足球机器人所需要的器材：1 软件RCX建议使用ROBOLAB编程软件（也可使用其他语言）：为你的机器人编写程序软件环境境红外发射仪马达乐高光电传感器2 硬件：a) RCX微型电脑：足球机器人的大脑、运行足球机器人程序b) 红外发射仪：与
5、计算机相连，将在计算机上编写好的程序下传到RCX可用积木c) 马达：带动机器人运动、也可作其他用途特殊光电传感器d) 乐高光电传感器、特殊光电传感器：检测光值，根据场地、球的光值，找到足球，并将足球踢入对方球门e) 机器人足球：机器人专用足球，可以发出红外光， 以便机器人寻找。足球f) 可用的乐高积木：搭建足球机器人二、足球机器人的任务： 在特定的场地寻找物定的足球，并将足球踢入对方球门三、学习足球机器人之前的准备1 搭建足球机器人使用器材，设计自己的足球机器人2为足球机器人编写程序在开始学习足球机器人的编程之前，你对ROBOLAB编程的了解当然是越熟悉越好。如果你觉得自己还不能非常娴熟的运用
6、ROBOLAB，可以先学习一下我们的准备练习。通过下面实际应用的练习，你会获得快速的提高，从而更好的学习后面讲到的足球机器人编程。以下便是练习：练习 一 检测光值概述 我们在机器人的底部装上光电传感器，这样机器人就可以检测出地面的光值了。在程序中为光电传感器设定一个光值，设计条件分支，当光电传感器检测到地面的光值低于设定的值时，机器人就停止前进。如果光值的设定合适（需要自己通过实验来调整），那么机器人在遇到诸如粗黑线之类的黑暗区域后就会自动停下来。准备 在一张白纸上画一条宽2.5厘米宽的弯曲黑线。它的作用是使得机器人的光电传感器检测出低于设定值的光值，使机器人停止前进。方法1) 把机器人马达的
7、功率等级设置为3。2) 当机器人的光电传感器检测到光值小于40时，停止前进。注意l 为了增加传感器的灵敏度,光值的设置最好接近于（稍为低于）白纸的表面光值。你可以把光电传感器对着白纸，按下RCX上的VIEW按钮来测白纸的光值。练习二 循环语句的使用概述 一个程序如果不能让机器人无间断的运行，是没有用的，因为机器人最终还是会自己停止下来。一个循环语句的作用就是让程序重复运行，而不必创建一个很长的程序。下面的程序设计的是机器人不断向前移动，每当遇到一个黑暗的区域，即光电传感器检测到光值低于设定值时，机器人就自动转弯，并周而复始下去。方法1) 下面的这个程序和上一个程序基本上是一样的，只是多了代表跳
8、跃语句的红色“跳转”和“着陆”箭头。2) 如果程序执行到“跳转”的箭头，程序就会返回到同一颜色的“着陆”箭头处，再继续重复执行这段程序。3) 程序会反复循环的执行下去，直到RCX上的RUN再次被按下。注意l 以上具有循环命令的机器人程序的功能有限，因为它仅仅包含了一组循环命令。l 当你的程序变的很复杂时，可以使用多重循环，不同颜色的跳转图标代表不同的循环，可以相互嵌套，因为颜色不同，还可以使彼此能够区分开来，方便编程者的检查。练习三 使用分支语句让机器人沿着简单的粗黑线行走概述这个程序可以让机器人（小车）沿着黑线行走。在机器人的底部装备一个或者两个光电传感器，让机器人沿着黑线前进，当机器人偏离
9、黑线时，光电传感器会检测到黑线，条件分支会给出命令，让机器人在很短的时间内向黑线一侧转弯。当机器人回到黑线的路线上时，光电传感器检测到的是明亮区域的光值，于是机器人停止转弯，继续向前，从而实现机器人沿着黑线行走。方法1) 要想知道机器人身上的光电传感器检测到的光值，可以按RCX上的VIEW按钮，直到显示屏上出现一个箭头，指向一个输出口，同时显示出数值，表示的是连接在这一输出口上的光电传感器所测到的光值。RCX在白色区域表面读出的数值应该在40-50之间，在黑色区域表面测到的光值应该在为30-40之间，你需要根据地面的实际检测到的光值来设定程序中光电传感器条件分支的值。2) 程序不断地循环运行。
10、3) 如果机器人偏离黑线，光电传感器掠过黑线时测到的光值小于30时，关闭马达A，让马达C向前运转。4) 马达C不断向前运行，而程序每循环一次就检测一次光值，并记录下来。5) 如果机器人的光电传感器没有找到黑线（光电传感器的读入值大于40），机器人就会关闭马达C，同时启动马达A。6) 程序将指挥机器人重复原来的动作，不让机器人脱离黑线。7) 因此机器人会一直沿着黑线向前进。练习四 沿着黑线走（高速）概述上一个程序只用到了一个光电传感器，而现在这个程序要求在机器人的底部使用两个光电传感器，就是为了提高了机器人沿黑线走的速度。当光电传感器检测到黑线时，机器人会在很短的时间内朝黑线的方向转去，然后再继
11、续前进，周而复始，始终保持在黑线的方向上。方法1) 程序需要不断的循环重复。2) 每隔0.05秒就给出一个前进的命令。3) 每一次循环光电传感器都要检测一次光值，并记录下来。4) 如果机器人偏离黑线，那么其中一个光电传感器就会检测到黑线（光电传感器的读入值小于42），它就会停止这一边的马达，使机器人转向这一边，机器人会回到黑线，停止转动，再继续向前，循环往返，从而实现沿黑线高速走。 注意1l 光电传感器探测到的数值可以在RCX上的检测窗口上显示出来，按下RCX上的VIEW按钮，多按几次，直到显示屏上出现一个箭头指向一个输入口,表示连接在这一输出口上的光电传感器所测到的值。当机器人处在白色区域，
12、即光电传感器对着白色地面时，光电传感器读出的值应该在40-50之间。l 沿着白色区域的各个方向用手推动机器人，目的是为了检测各个方向上的地面的光值。l 记录下所读到的最小的光值。l 把机器人放置在黑线上，让光电传感器器对着黑线，记录下读入的光值。l 编写程序时，光电传感器分支的判断值就是上面记录的两个值的中间值。2l 如果机器人越过黑线，你必须减小马达的功率或将光电传感器分支的判断值设置为一个接近于白色区域表面的光值，使光电传感器变得比原来更敏感。好啦，如果你能够顺利完成以上练习的话，相信你已经有能力来开始学习足球机器人了！让我们开始进入正题吧：足球机器人编程一、在比赛中开定位球概述 比赛中圈
13、开球前，所有的机器人将要被放置在他们各自的场地上。足球被放置在场地的中央，并且所有的机器人必须距离发球点15CM。开球的球队可以放一个机器人在球的附近。当裁判吹哨之后机器人才可以踢球。开球一秒钟过后，开球的机器人才可以再次触球。在竞赛中一旦开球，其他的机器人必须立刻启动。任意球规则同上。方法在机器人碰到球之前，它得速度应该达到最大，这样击球时的力量才会最大。另外还要防止机器人“双击”球或跑错方向，为了做到这点，机器人在碰到球之前需要跑动大约15CM的距离。击球之后它必须停止一秒钟后，才可以再去追球。注意l 为了给带有问号的记时器标上准确的时间，你需要经过调试实验来获得这一数值。l 每个图标要按
14、顺序依次连线，你不能从绿灯直接跨越各个图标，而连线到红灯上，必须前一个图标尾连后一个图标首，依次连接。二、机器人遇障碍物之后的转弯概述在比赛过程中机器人会碰到墙壁或者其他的机器人。为了避免机器人被困在一个地方出不来，或者机器人互相纠缠在一起无法动弹，下面的程序就是为了解决这一问题。在机器人顶部的最前方装上触动传感器，当机器人往墙壁或其他机器人撞去时，触动传感器首先会被挤压，我们设计触感的分支语句令机器人转弯，然后离开墙壁，就避免了堵塞。方法为了防止机器人堵在墙边，我们应该让机器人在撞墙后能够自动转弯，最好每一次撞墙后，机器人转弯的方向均和上一次不一样，这样就避免了机器人被困在同一个地方。注意l
15、 这个程序解决的只是碰撞问题，而且必须让程序不断地循环。三、循环语句的使用概述循环语句的引入是为了保证你的机器人能够持续运动，这一点可以通过使用“跳转”和“着陆”有色箭头或者是循环图标来实现。方法跳转箭头的功能非常强大，你可以让程序从“跳转”箭头跳到的另一个相同颜色的“着陆”箭头上。箭头有六种颜色，你可以根据实际情况，选择不同颜色的箭头以示区别，还可以在一对同颜色的箭头内套用在这一循环外已经使用过的某一颜色的箭头。 注意l 如果你的程序中设有分支语句的话，你就不能使用跳转语句使程序从一个分支跳到另一个分支，这样是不允许的。四、扫描概述我们知道，机器人自己能够不断地移动，并通过自带的寻找足球的程序来找球，才能够在比赛中踢球。因为RCX采样频率的限制，机器人找球时每一次扫描的时间只能是0.1
