基于VB語(yǔ)言的機(jī)器人足球仿真比賽與對(duì)策研究

⒈ 引言

　　目前，有關(guān)機(jī)器人足球比賽的國(guó)際組織有兩個(gè)：RoboCup聯(lián)合會(huì)和FIRA組織。比賽項(xiàng)有三個(gè)：(1)、小型機(jī)器人比賽(Ф≤15cm);(2)、中型機(jī)器人比賽(15cm<Ф≤50cm);(3)、電腦模擬比賽。在仿真設(shè)計(jì)中涉及到很多關(guān)鍵性問(wèn)題，如智能體的體系結(jié)構(gòu)、智能體團(tuán)隊(duì)的合作、自學(xué)習(xí)功能等。采用一種基于行為模式的體系結(jié)構(gòu)，使球員能根據(jù)環(huán)境和自己的狀態(tài)來(lái)決定當(dāng)前的行為模式，然后根據(jù)該行為模式來(lái)決定當(dāng)前要采取的動(dòng)作。而團(tuán)隊(duì)合作則主要是通過(guò)隊(duì)伍的組建(陣形)實(shí)現(xiàn)的。每個(gè)陣形是一組角色的集合，不同的角色通過(guò)預(yù)定的協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)合作。本文通過(guò)對(duì)小型機(jī)器人足球比賽仿真組比賽(五對(duì)五)的對(duì)策進(jìn)行研究，提出了四步?jīng)Q策推理模型，利用大賽組委會(huì)提供的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，采用VB語(yǔ)言對(duì)此進(jìn)行了仿真。

　　2. 足球機(jī)器人對(duì)策研究
　　在足球機(jī)器人系統(tǒng)中，足球機(jī)器人對(duì)策研究屬于決策子系統(tǒng)，它的任務(wù)是根據(jù)當(dāng)前球場(chǎng)上的比賽形勢(shì)，作出部署，給隊(duì)員發(fā)出指令，擔(dān)負(fù)起教練員的職責(zé)。對(duì)于足球機(jī)器人而言，教練員是個(gè)盲人，他不是用眼睛看到比賽場(chǎng)景，反映到大腦進(jìn)行形象思維，而是根據(jù)隊(duì)員在比賽場(chǎng)上的位置和球位置的精確數(shù)據(jù)對(duì)比賽場(chǎng)上的形勢(shì)進(jìn)行分析，所以更多的是依靠邏輯思維來(lái)完成推理過(guò)程。

　　這樣，決策子系統(tǒng)在制定決策時(shí)就應(yīng)該參照盲人教練的思維過(guò)程展開，嚴(yán)格地對(duì)鏈上的每一個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行抽象推理，從而實(shí)現(xiàn)專家知識(shí)與決策過(guò)程的形式化。本文在此基礎(chǔ)上提出了四步?jīng)Q策推理模型如圖1所示。

　　2.1 輸入信息預(yù)處理

　　為了對(duì)比賽場(chǎng)上的形勢(shì)進(jìn)行分析處理，以便采用合適的策略和動(dòng)作，需要把從視覺(jué)系統(tǒng)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行模糊化與抽象化。此模塊包括以下幾個(gè)部分：

　　(1) 區(qū)域劃分：因?yàn)榍蚴潜荣悎?chǎng)上的核心，它所處的位置影響到?jīng)Q策的結(jié)果，為此將球場(chǎng)分成如圖2所示六個(gè)區(qū)域：

　　(2) 判斷控球者：判斷哪方或哪名隊(duì)員控球，以便采取合適的策略;本文采用最短距離法，即誰(shuí)離球最近便代表誰(shuí)控球。

　　(3) 計(jì)算實(shí)體距離：包括球與球員之間的距離，兩球員之間的距離。

　　(4) 區(qū)域檢測(cè)：判斷該區(qū)域己方隊(duì)員的個(gè)數(shù)及對(duì)方隊(duì)員的個(gè)數(shù)。

　　(5) 選取傳球者：有兩種傳球方案，① 距離最近者 ②最佳球員。

　　2.2 態(tài)勢(shì)分析與策略選擇

　　對(duì)輸入信息進(jìn)行預(yù)處理后，根據(jù)賽場(chǎng)形勢(shì)，及時(shí)調(diào)整比賽策略。本文編寫了三個(gè)策略：全攻全守、自由人戰(zhàn)術(shù)、人盯人策略。

　　(1) 全攻全守：一種積極的作戰(zhàn)方法。球在前場(chǎng)時(shí)全隊(duì)壓上(除守門員外)，有主攻與協(xié)攻隊(duì)員，中場(chǎng)負(fù)責(zé)搶球傳球;球在后場(chǎng)時(shí)全隊(duì)撤回進(jìn)行防御。

　　(2) 自由人戰(zhàn)術(shù)：偏向于防守。安排自由人全攻全守，其他隊(duì)員各自負(fù)責(zé)一區(qū)域。

　　(3) 人盯人策略：進(jìn)攻為全攻策略，防守時(shí)不只圍球轉(zhuǎn)，而是強(qiáng)調(diào)盯人和卡位。

　　本文通過(guò)平均累計(jì)性能最優(yōu)算法進(jìn)行調(diào)用。平均累計(jì)性能最優(yōu)算法是給每個(gè)策略設(shè)置性能指標(biāo)初值，每次調(diào)用性能指標(biāo)最優(yōu)的策略;當(dāng)調(diào)用此策略獲得不良效果(如失分，失球等)，則性能指標(biāo)減一，反之，獲得佳績(jī)(如得分，有效控球等)，則加一 [3]。

　　2.3 隊(duì)形確定與角色分配

　　在確定好策略以后，為了使足球機(jī)器人在比賽中相互配合、協(xié)調(diào)作戰(zhàn)，更好的完成各自的任務(wù)而不至于出現(xiàn)沖突，需要給每個(gè)機(jī)器人分配不同的角色。本文根據(jù)球位置及球員位置進(jìn)行角色分配。

　　確定好機(jī)器人角色后，就要對(duì)機(jī)器人的動(dòng)作進(jìn)行設(shè)計(jì)和安排，根據(jù)動(dòng)作函數(shù)調(diào)用關(guān)系及復(fù)雜程度把動(dòng)作分為三層：基本動(dòng)作，技術(shù)動(dòng)作，戰(zhàn)術(shù)動(dòng)作。

　　(1) 基本動(dòng)作：

　?、俚蕉c(diǎn) ②轉(zhuǎn)角 ③沿指定方向移動(dòng)

　　(2) 技術(shù)動(dòng)作：

　?、偕溟T ②攔截 ③守門 ④傳球 ⑤控球

　　(3) 戰(zhàn)術(shù)動(dòng)作：

　　① 一傳一射 ②二過(guò)一 ③交叉掩護(hù)

　　3. 足球機(jī)器人仿真

　　通過(guò)模擬足球機(jī)器人系統(tǒng)，可促進(jìn)對(duì)人工智能和機(jī)器人學(xué)的研究和比賽經(jīng)驗(yàn)的積累，產(chǎn)生新的控制方案和新的對(duì)策。VB是面向?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言，編程簡(jiǎn)單、界面友好，深受編程人員青睞。本文采用VB語(yǔ)言進(jìn)行仿真，通過(guò)調(diào)用VB接口函數(shù)(大賽組委會(huì)提供的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù))編寫AI程序。

　　3.1 VB接口說(shuō)明

　　大賽組委會(huì)提供的動(dòng)態(tài)鏈接接口包含在Cclient.bas模塊，主要有以下函數(shù)。

　　(1) GetStart：打開和服務(wù)器的連接。

　　(2) GetInformation：從服務(wù)器端得到作戰(zhàn)的信息。

　　(3) RunTo：移動(dòng)指令。

　　(4) KickToTarget：向固定點(diǎn)踢球。

　　(5) KickToDirect：向固定方向踢球。

　　(6) NoKick：清空球員的預(yù)置動(dòng)作。

　　(7) GamePause：暫時(shí)停止服務(wù)器操作。

　　(8) GameResume：使服務(wù)器重新運(yùn)行。

　　(9) GameState：顯示比賽狀況。

　　(10) CleanUp：結(jié)束與DDL的通訊。3.2 設(shè)計(jì)步驟[1][2]

　　(1) 編寫輸入信息預(yù)處理模塊

　　(2) 編寫動(dòng)作庫(kù)模塊：其中要用到輸入信息預(yù)處理。

　　(3) 編寫策略庫(kù)模塊：根據(jù)球場(chǎng)情況給每個(gè)隊(duì)員分配角色和動(dòng)作。

　　(4) 編寫主模塊：分析比賽狀況與球場(chǎng)狀況，利用平均累計(jì)性能最優(yōu)算法調(diào)用策略庫(kù)。

　　3.3 程序設(shè)計(jì)框架

　　采用大賽組委會(huì)提供的動(dòng)態(tài)鏈接接口，我們可以編制自己的AI程序，每個(gè)AI程序的基本框架如下：

　　3.4 設(shè)計(jì)舉例

　　本文對(duì)全攻全守策略算法進(jìn)行舉例，說(shuō)明如何調(diào)用策略和編寫程序的，算法流程圖如圖3所示：

　　圖3 全攻全守策略算法流程

　　4. 結(jié)束語(yǔ)

　　本文著重對(duì)機(jī)器人足球比賽的對(duì)策進(jìn)行研究，提出了四步?jīng)Q策推理模型，并采用VB高級(jí)編程語(yǔ)言進(jìn)行了仿真實(shí)現(xiàn)。決策推理模型要對(duì)實(shí)時(shí)變化的球場(chǎng)狀況進(jìn)行分析處理，編寫對(duì)策，此種模型有其自身的優(yōu)點(diǎn)，簡(jiǎn)單、快速。還有其他一些模型，如引力斥力模型、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、生物進(jìn)化模型等，當(dāng)然這些模型的實(shí)現(xiàn)有一定的復(fù)雜性。