RoboCup机器人足球仿真比赛开发设计流程
第4章 Robocup仿真比赛
比赛环境的特点
• (1)动态实时系统。比赛每个仿真周期为 100ms,要求Agent在此时间内完成全部计算 并将要执行的命令, 否则将失去机会。 • (2) 环境干扰。 • (3) 合作与协调。全部 Agent 具有一个共同 的目标, 需要使用有效的方法进行 Agent 之 间的合作, 同时解决局部目标与全局目标, 个 体目标与共同目标之间冲突的问题。 • (4) 受限的通讯带宽。
Path Taken
• If robot started at this location, it would take the following path • It would only “feel”the vector for the location, then move accordingly, “feel” the next vector, move, etc. • Pfield visualization allows us to see the vectors at all points, but robot never computes the “field of vectors” just the local vector
• 命令dash用来在球员身体躯干朝向的方向上 给予一个加速度，命令turn用来改变球员的 身体朝向。命令turn的参数是moment。
移动(move) 移动
• 命令move可以把球员移动到场上的任何一 个地方。只有在设置整个球队时move命令 才有效，在比赛期间是没有效果的。
turnBodyToPoint的实现 的实现 的实
Basic Player
SenseHandle
ActHandle
Parse
Connection
机器人足球赛程序设计实验指导书
机器人足球赛程序设计实验指导书（本指导书版权归合肥工业大学机器人足球研究小组所有）实验1 机器人足球比赛编程预备知识1、实验目的掌握RoboCup仿真机器人足球比赛相关知识点，具体内容如下：（1） L inux操作系统的熟悉及了解其基本操作。
（2） 掌握Linux下如何进行C++编程，了解gcc编译器以及一些简单编辑工具，如：vi、emacs、gedit、Anjuta、Kdevelope等。
（3） 启动RoboCup仿真（2D）足球队的比赛。
2、实验设备硬件环境：PC机软件环境：操作系统Linux3、实验内容（1）掌握Linux一些常用的命令：z更改账号密码格式：passwd输入后，屏幕显示：Old password: <输入旧密码>New password: <输入新密码>Retype new password: <确认新密码>z联机帮助格式： man [命令名]例如： man ls屏幕上就会显示所有ls的用法。
z文件或目录处理格式：ls [-atFlgR][name]第一项是一些语法加量。
第二项是文件名。
常用的方法有：ls 列出当前目录下的所有文件。
ls –a 列出包括以．开始的隐藏文件的所有文件名。
ls –t 依照文件最后修改时间的顺序列出文件名。
ls –F 列出当前目录下的文件名及其类型。
以/结尾表示为目录名、以*结尾表示未可执行文件、以@结尾表示为符号连接。
ls –l 列出目录下所有文件的权限、所有者、文件大小、修改时间及名称。
ls –lg 同上，并显示出文件的所有者工作组名。
ls –R 显示出目录下以及其所有子目录的文件名。
z改变工作目录格式:： cd [name]name ：目录名、路径或目录缩写。
常用的方法有：cd 改变目录位置至用户登录时的工作目录。
cd dirl 改变目录位置至dirl目录下。
cd ~user 改变目录位置至用户的工作目录。
RoboCup双足竞步狭窄足冠军比赛程序
for(i =XS;i>0;i--) { ServoPos[2] = ServoPos[2] + 2; ServoPos[5] = ServoPos[5] + 1; wait_ms(JBHWSD); } for(i =XS;i>0;i--) { ServoPos[2] = ServoPos[2] - 1; wait_ms(JBHWSD); } for(i = MBFDE;i>0;i--) { ServoPos[0] = ServoPos[0] - 1; ServoPos[1] = ServoPos[1] - 1; ServoPos[3] = ServoPos[3] - 1; ServoPos[4] = ServoPos[4] - 1; wait_ms(MBSD); } //脚底板回位,左脚落地 for(i = XS;i>0;i--) { ServoPos[2] = ServoPos[2] - 1; ServoPos[5] = ServoPos[5] - 1;
}*/ void step5(void)r i; for(i=FGFD;i>0;i--) { ServoPos[3] = ServoPos[3] + 1; ServoPos[0] = ServoPos[0] - 1; wait_ms(FGSD); } for(i=FGFD;i>0;i--) { ServoPos[1] = ServoPos[1] + 1; ServoPos[4] = ServoPos[4] - 1; wait_ms(FGSD); } } void step6(void) //脚往前趴， { unsigned char i; for(i=FGFD;i>0;i--) //0 抬起90 { ServoPos[0] = ServoPos[0] + 1; wait_ms(FGSD); } wait_ms(50); for(i=FGFD;i>0;i--) { ServoPos[1] = ServoPos[1] - 2; //1动180
机器人足球Robocup仿真系统研究与程序设计
Ｒ ｂ ｃｐ ｔｅＲ ｂ ｔ ｒ ｕ ｏ ｒａ ｎ ） ｏ ｏｕ （ ｏｏ Ｗｏ ｄＣ ｐＴ ｕｎｍｅｔ 即机 ｈ ｌ
形 。荷 兰阿姆 斯特丹 大 学 Ｕ Ａ Ｔｉ ａ ｖ ｒｅｒ 队采 用 ｌ ｎ球
器人世界杯 足球锦 标 赛 。它 通过 提供 一 个标 准 任务 来促 进分布式 人工 智 能 、 能机 器人 技术 、 其 相关 智 及 领域 的研究与发 展 。Ｒｂｃｐ包 括 多种 比赛 方 式 ， ｏｏｕ 主
Ｂ ａ ｓ ｒ ｅｓ 队把 Ｒ ｂ ｃ ｐ问题 看 成 部 分 可 观 察 ｒｉ ｔ ｍ ｒ 球 ｎｏ ｏｏ ｕ
个 比 中， 赛 通过比赛平台自 带的自动裁判或者通过人
为 裁判来做一 些规 则 限制 ， 以确 保 比赛 的顺 利进 行 。
Ｒ ｂ ｃｐ仿真 机器人 系统 的结构 图如 图 １ 示 。 ｏｏｕ 所
进行 比赛 。Ｓｃｅ Ｓｒ ｒ ｏｃｒ ｅ ｅ 提供 了一个虚拟场地 ， ｖ 并 对比赛双方 的全部 队员 和足球 的状态 进行 仿真。
Ｃｉ ｔ 当于球 员 的 大脑 ， ｌｎ 相 ｅ 指挥 球 员 的运 动 。Ｓｒｅ ｅ ｒ ｖ 和 Ｃｉｎ 之 间的通信 是通 过 Ｕ Ｐ Ｉ ｌ ｔ ｅ Ｄ ／Ｐ协议 进行 的 ， 竞 赛 者可 以使 用 支持 Ｕ Ｐ Ｉ Ｄ ／Ｐ的任 何程 序 系 统 。在 一
第１ ０卷
第２ ７期
２１ ００年 ９月
科
学
技
术
与
工
程
Ｖｏ． ０ Ｎ ． ７ Ｓ ｐ ０１ １ １ ｏ ２ ｅ ．２ ０
１７ 一 １ １ （ ００ ２ —７ ３０ ６ ｌ ８ ５ ２ １ ）７ ６ ８ —４
Ｓ ｉ ｎ ｅ Ｔｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ａ ｇｎｅ ｒｎ ｃ ｅ ｃ ｃ ｎ ｌｇ ｎｄ Ｅｎ ｉ ｅｉ ｇ
RoboCup机器人足球仿真比赛开发设计流程
第27卷 第12期2003年12月 信 息 技 术I NFORMATI ON TECH NO LOGYVO L.27 NO.12Dec.2003RoboCup机器人足球仿真比赛开发设计流程张胜利,谢培军(哈尔滨商业大学计算机与信息工程学院,哈尔滨150076)摘 要:机器人世界杯足球锦标赛(The R obot W orld Cup),简称R oboCup,通过提供一个标准任务来促进分布式人工智能、智能机器人技术及其相关领域的研究与发展。
在介绍R oboCup仿真环境的基础上,系统完整地介绍了客户端程序的开发设计流程,阐述了其中涉及到的一些主要问题和算法,最后简要综述目前国际上的典型高层算法结构。
希望能够对开展机器人足球比赛及相关领域的研究有启发意义。
关键词:R oboCup;机器人足球比赛;多智能体系统中图分类号:TP242.6 文献标识码:A 文章编号:1009-2552(2003)12-0025-03 Design and implement of R oboCup simulated R obotZHANG Sheng2li,XIE Pei2jun(Computer and I nform ation E ngineering college,H arbin U niversity of Commerce,H arbin150076,China) Abstract:R oboCup,the R obot W orld Cup,contributes greatly to the development of DAI(Distributed Artifi2 cial Intelligence),R obotic,etc,by providing a standard project.In this paper,based on the introduction of simulated m odel of R oboCup,the design procedure of R oboCup Agent is given in detail,as well as s ome in2 v olved problems and alg orithms.A typical structure of top-level strategy is presented in brief at last.This paper will be a valuable in formation res ource for other researches in related fields.K ey w ords:R oboCup;DAI Rcs occersim;MAS 随着计算机技术的发展,分布式人工智能中多智能体系统(MAS:Multi-agent System)的理论及应用研究已经成为人工智能研究的热点。
机器人足球比赛系统设计与实现
机器人足球比赛系统设计与实现机器人足球比赛是一项由各国高校生产的项目，旨在通过设计和制造参与比赛的小型机器人，提高学生们的机械设计和编程技能，同时也有利于促进国际交流。
本文将从机器人设计、调试、通信、算法等方面，介绍机器人足球比赛系统的构建过程。
一、机器人设计机器人设计是机器人足球比赛的“起点”。
设计师需要有全面的机械设计和电子技术知识，包括机身结构、传感器使用和控制算法等。
机身结构的设计用来保证机器人能够在预定的场地内正常使用。
机器人需要有肢体和轮子，以便在场地上移动，并携带所需的传感器、电池和通信设备。
传感器是机器人足球比赛中非常重要的组成部分，可以让机器人感知场地、球和对手的位置。
常用的传感器有红外线、超声波、相机等。
通过处理传感器收集的数据，机器人就可以做出响应和决策。
除此之外，机器人还需要一定的通信设备，方便和其它机器人进行通讯和协作。
常用的通信设备有蓝牙、Wi-Fi等无线设备，也有信号传输较为稳定的有线设备。
二、调试当机器人设计完成后，需要进行调试才能够运作。
调试是机器人足球比赛的要点，可以确保机器人在比赛时顺利运行。
首先，需要检查机器人的电路、电机是否连接正常，各个传感器计算数据是否准确。
这一步是重点和基础，如果出现问题，机器人将无法正常运行。
其次，需要测试机器人与其它机器人的通讯机制，同时在不同环境下测试机器人对于灯光、声音、障碍等方面的反应。
最后，需要利用场地模拟比赛，并对机器人的运动进行优化，确保机器人有足够的速度和敏锐的反应速度。
三、通信机器人足球比赛的灵魂之一就是通信。
在比赛中，机器人之间的通信可以让他们共同制定策略，并参加足球比赛。
一般来说，机器人与基站没有直接的连接，其通过无线网络和其它机器人进行通讯。
通信的方式有许多种，包括 ZigBee、无线局域网、蓝牙等。
不同的通信方式具有不同的优点和缺点。
比如，ZigBee通信路径较远，并且具有低耗能，但不适合实时应用；而无线局域网的优点是通讯速度快，但需要相对的大量电力。
机器人足球设计
void Defender_Right(Environment *env); void Defend1_Right(Environment *env); void Defend2_Right(Environment *env); void Defend_Right_py(Environment *env); 右队防守策略。入口参数：球员指针，环境参量。
机器人足球仿真比赛 课程设计
组 别：A 组 自动化 0409 班 组 员：程钊 012004014613
郝洵 012004014603 潘越 012004014604 王立 012004014626 指导老师：彭刚 提交时间：2005 年 11 月 13 日
机器人足球仿真课程设计
目
录
1． 需求分析
第9页
4．4 程序流程
机器人足球仿真课程设计
第 10 页
机器人足球仿真课程设计
4．5 函数说明 基本动作 void PredictBall ( Environment *env ); 预测球的位置，单步预测，运用微量调节。入口参数：环境参量。
void Velocity ( Robot *robot, double vl, double vr ); 将响应产生的机器人速度写入系统参量中，即引发机器人运动。入口参数：机器人 指针，左轮速度，右轮速度。
新加入的策略 void Kick( Environment *env, Robot *robot, double aim_angle ); 基本动作，绕到球后方，带球运动到对方球场。入口参数：环境参量，球员指针， 目标角度。
RoboCup仿人足球机器人的运动规划
最后,多智能体的协作与对抗是足球机器人研究的重点问题。为 实现良好的团队协作,本课题在单个机器人掌握灵巧的个体运动 技术的基础上,对传球策略进行了探讨与研究。
该局部战术主要由KeepAway训练模型和传球区域确定模块组成。 KeepAway训练模型是一个典型的强化训练模型,在限定范围内, 对设计好的传球方案进行训练,以使其获得稳定传球策略与最长 持球时间;传球区域确定模块从传球对象入手,对传球对象的认 定和传球对象之间的信息传递进行研究,从而确定有效传球区域, 规划最佳传球路线。
其次,以足球竞技为载体的机器人赛事,踢球动作的研究是必不 可少的一项。针对此问题,提出了一种基于贝塞尔曲线的踢球方 法。
该方法主要由轨迹规划模块和逆运动学模块组成:轨迹规划模块 负责在足部与踢球点之间应用贝塞尔曲线插值生成连续轨迹;逆 运动学模块则在生成的轨迹基础上运用逆运动学方法实时更新 机器人腿部各关节的角度值,以保障机器人能够执行完整的踢球 动作。并对实际应用所必需的23个行为参数进行优化,提高了球 员踢球的准确性和踢球力度。
本文的主要研究内容如下:首先,平稳的行走在机器人足球比赛 中扮演至关重要的角色。本章提出一种基于三维线性倒立摆模 型的双足机器人步态设计的方法。
先将简化的三维线性倒立摆模型应用于机器人腿部,然后通过运 动学方程推导出带参数的质心与时间的函数,将机器人的步态设 计缩减到各个步行周期,最后将方法推广到带有转向的步态设计 中。并对设计好的步态参数使用分层编织强化学习方法进行优 化,全面提升了机器人行走、转弯的灵活性与机动性。
Rob与实际应用已成为人工智能研究的热点, 伴随着计算机或计算机集群计算能力的不断提升,机器学习也已 成为学界与业界研究和应用的一个热点和焦点。本文以RoboCup 标准平台组足球系统为研究平台,对仿人机器人的个体技术进行 设计,并对相关行为参数进行优化,在完善个体技术的基础上对 团队协作展开研究。
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第27卷 第12期2003年12月 信 息 技 术I NFORMATI ON TECH NO LOGYVO L.27 NO.12Dec.2003RoboCup机器人足球仿真比赛开发设计流程张胜利,谢培军(哈尔滨商业大学计算机与信息工程学院,哈尔滨150076)摘 要:机器人世界杯足球锦标赛(The R obot W orld Cup),简称R oboCup,通过提供一个标准任务来促进分布式人工智能、智能机器人技术及其相关领域的研究与发展。
在介绍R oboCup仿真环境的基础上,系统完整地介绍了客户端程序的开发设计流程,阐述了其中涉及到的一些主要问题和算法,最后简要综述目前国际上的典型高层算法结构。
希望能够对开展机器人足球比赛及相关领域的研究有启发意义。
关键词:R oboCup;机器人足球比赛;多智能体系统中图分类号:TP242.6 文献标识码:A 文章编号:1009-2552(2003)12-0025-03 Design and implement of R oboCup simulated R obotZHANG Sheng2li,XIE Pei2jun(Computer and I nform ation E ngineering college,H arbin U niversity of Commerce,H arbin150076,China) Abstract:R oboCup,the R obot W orld Cup,contributes greatly to the development of DAI(Distributed Artifi2 cial Intelligence),R obotic,etc,by providing a standard project.In this paper,based on the introduction of simulated m odel of R oboCup,the design procedure of R oboCup Agent is given in detail,as well as s ome in2 v olved problems and alg orithms.A typical structure of top-level strategy is presented in brief at last.This paper will be a valuable in formation res ource for other researches in related fields.K ey w ords:R oboCup;DAI Rcs occersim;MAS 随着计算机技术的发展,分布式人工智能中多智能体系统(MAS:Multi-agent System)的理论及应用研究已经成为人工智能研究的热点。
R oboCup[1]则是人工智能和机器人技术的一个集中体现,被认为是继深蓝战胜人类国际象棋冠军卡斯帕洛夫后的又一里程碑式挑战,目标是到2050年完全类人的机器人足球队能够战胜当时的人类足球冠军队伍。
R oboCup包括多种比赛方式,主要分为软件仿真比赛和实物系列的机器人足球比赛。
由于软件仿真比赛无需考虑实际的硬件复杂性,避免硬件实现的不足,可以集中于研究多智能体合作与对抗问题,因此,目前参加仿真组比赛的队伍数目最多。
本文的内容涉及R oboCup仿真比赛,系统地介绍了client程序开发设计完整流程,可以作为是开发完整的R obo2 Cup仿真程序的入门指南。
1 RoboCup仿真比赛介绍R oboCup仿真比赛提供了一个完全分布式控制、实时异步多智能体的环境,通过这个平台,测试各种理论、算法和Agent体系结构,在实时异步、有噪声的对抗环境下,研究多智能体间的合作和对抗问题。
仿真比赛在一个标准的计算机环境内进行,采用ClientΠServer方式,由R ob oCup联合会提供Ser-ver系统rcs occersim(版本8之前名为s occerserver),参赛队编写各自的客户端程序,模拟实际足球队员进行比赛。
Rcs occersim通过提供一个虚拟场地,对比赛全部球员和足球的移动进行仿真,以离散的方式收稿日期:2003-09-02作者简介:张胜利(1979-),男,毕业于哈尔滨商业大学,研究方向为数据库应用、网络工程。
—52—控制比赛的进程。
仿真模型引入了真实世界的很多复杂特性,诸如物体移动的随机性、感知信息和执行机构的不确定性、个人能力的物理有限性以及通讯量的受限性。
Client程序则表现为多个Agent(球员)为了共同的赢球目标进行多智能体间的合作规划,因此,我们需要进行以下设计:多线程的程序结构, client和server间的同步策略,根据有限信息重构足球场上所有对象图景,Agent的底层动作设计,Agent 的高层决策智能算法。
2 程序框架和同步策略Rcs occersim通过UDPΠIP协议和client进行通信,并没有对client的开发和运行环境提出任何其他限制,只要支持UDPΠIP协议即可,因此在开发环境和使用语言上可以有多种选择。
由于rcs occersim 运行在LinuxΠUnix系统下,而Linux遵循之G P L许可和R oboCup开放源码、共享资源的思路有极大的相通之处,因此国际上一般都是选择Linux系统作为开发平台。
同时因为windows系列平台的易用性,也有极少数参赛队选择,如清华大学TsinghuAeolus。
考虑到有大量基于Linux系统的文档资料,Linux系统具有高性能的网络特性和实时处理能力,在Linux下同样拥有强大功能的编辑、编译、调试、源码控制程序,如vim,gcc,gdb,cvs以及程序开发集成环境K Develop,丝毫不比Win平台逊色,所以本文选择了Linux操作系统作为仿真开发平台。
仿真开发环境一般需要有三台计算机组成局域网,其中一台运行rcs occersim,另外两台分别运行两个参赛队的程序,三台机器连到同一个Hub。
目前主流配置是Redhat7.3,PI V1.70G H z,256MRAM,100M网卡。
2.1 程序框架[2]R oboCup仿真是11VS11的比赛,每支参赛队启动11个Agent(球员)进程,每一个进程则由两个线程组成。
一个是I O处理线程,一旦网络上有rcs oc2 cersim发送的数据包,就被触发运行;另外一个则是决策线程,选择一个适当的时机,利用rcs occersim给出的有限信息进行处理决策,最后选择一个合适的基本动作发送至rcs occersim。
由于两个线程都会利用Π更新足球场上对象的信息,所以还需要增加一个互斥量,对该信息库进行加锁操作。
决策线程是关键,每个Agent内部都维护着一个世界模型,作为对真实世界的知识表述,由感知信息的处理结果和外部行为模块所选择动作的预测结果来共同更新。
外部行为根据高层决策发送基本动作指令。
基本动作作用于真实世界,从而改变Agent将来的感知。
图1 球员体系结构图从图1可以看出,还需要解决client和server间的同步问题,维护和更新世界模型,Agent高层决策算法以及为实现高层决策的底层动作(图示为外部行为)。
2.2 同步策略Rcs occersim执行Agent球员发送的基本动作指令,并据此相应的更新比赛环境,同时根据一定的时间间隔规律向每个Agent发送感知信息(visual,au2 ditory,sense body)。
Agent则根据这些信息来确定下一步要做的基本动作(dash,kick,turn,etc)。
在这样的异步、离散控制的仿真环境中,cΠs间的同步机制显得格外重要。
在每一个离散周期(目前一个仿真周期为100ms),Agent不能发送过多的动作指令,否则只会被随机选择其中某个指令;另一方面,在每一个离散周期,Agent也应该发送起码一个指令,否则就会浪费该仿真周期。
发送指令的时间要足够的早,要在本周期rcs occersim停止接收Agent指令之前发送到,否则就会浪费本周期机会;发送指令的时间又要足够的晚,这样才能在得到尽可能多信息的情况下,做出一个更准确的决策。
那么,什么时候发送指令就成为问题的关键。
阿姆斯特丹大学的UvA T rilearn综合研究了四种同步策略:外部基本策略(External Basic)、内部基本策略(Internal Basic)、固定外部窗策略(Fixed External Windowing)、柔性外部窗策略(Flexible External Windowing)。
经过研究表明,柔性外部窗策略是最佳选择,该策略如图2所示。
图中点虚线代表自身感知信息,rcs occersim在每个周期的开始时段发送,短划虚线代表视觉信息,实线则是Agent发送给rcs occersim的动作指令,阴影部分是Agent的决策模块。
从图2可看出,Agent最大限度的利用了最新信息,同时也保证每一周期都不被—62—浪费,确实是一个不错的同步机制。
图2 柔性外部窗机制3 世界模型和底层动作在开始研究多智能体合作与对抗算法之前,还需要解决世界模型的维护以及底层动作的设计。
3.1 世界模型的维护Agent 仅能得到视野角度范围内的有限感知信息,而且有限的信息也带有噪声,而在Agent 内部维护一个较为准确的全局世界模型,是接下去所有决策的前提条件,具有重要意义。
卡内基梅隆大学的R oboCup 仿真研究小组提出世界模型更新算法,结合Agent 获取的感知信息以及对执行动作的预测结果进行更新世界模型。
当更新Agent 的世界模型时,首先更新Agent 本身的位置、速度等值,然后更新球和其他球员。
(1)Agent 本身由于视觉信息是以相对坐标表示的,那么首先要确定对应视觉信息时刻的Agent 本身的绝对坐标。
以视觉信息为主,再考虑自身感知信息以及动作预测结果来补充更新Agent 本身信息。
(2)足球在决策过程中,足球的位置和速度对动作的选择是一个相当关键的因素。
因此,要尽可能及时获得关于足球的精确信息。
主要利用视觉信息中的相对值来更新足球对象的位置和速度。
当决定是否要截球、是否要踢球时,球的速度是非常重要的,而在视觉信息中通常不给出球的速度,因此当需要得到足球速度值时,可以通过原来的位置和当前的位置来计算球的速度。
(3)其他球员由于经常会因为距离原因不能看到所有球员的号码及所属队名,甚至有些球员将不在视野范围内,因此很难跟踪每个球员的位置。
需要建立尽可能准确的世界模型,包括场上所有对象信息。