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1、1 課程設計分析 11 課題要求（1）了解5Vs5機器人足球仿真比賽平臺及其策略。（2）在C語言編程環(huán)境下，完成策略的編寫和調(diào)試。（3）運用所寫的程序進行足球機器人比賽，并在比賽中完善所寫的策略。12 編寫目的通過對機器人足球仿真這一課程設計的了解，設計，編寫和調(diào)試，實現(xiàn)足球策略在機器人上的優(yōu)化應用，使己方機器人仿真足球隊在比賽中獲勝。最終達到能熟練運用C語言程序設計知識解決實際問題，實現(xiàn)具體目標的目的，并初步掌握工程化項目化軟件開發(fā)的方法及過程。13 背景機器人足球如今已為越來越多的人所關(guān)注。其國際認可的比賽按機器人可分為三大類：大中型機器人足球?qū)嵨锝M比賽，微型機器人足球?qū)嵨锝M比賽，機器人足

2、球仿真組比賽；按數(shù)量分可分為：3vs3，5vs5，11vs11等。機器人足球仿真5vs5組比賽是在國際認可的同一平臺The Robot Soccer Simulator Director 8.5上運行各隊的策略，從而實現(xiàn)比賽的目的。而其策略是基于Visual C編寫的，只要掌握了C語言課程設計的知識就可以實現(xiàn)策略的編寫。 2用戶手冊 21運行環(huán)境要求 Pentium III 600 MHz 256 megabytes of ram TNT2 3d Graphics accelerator with 32 megabytes of ram 24x CD-ROM Screen resolution

3、 of 800 x 600 16 bit Sound card Microsoft Windows 98 Direct X 8.0 10 megabytes of free hard drive space Director 8.5 Visual C+ 6.0 22使用方法 將包含源代碼的工程文件用Visual C+ 5.0以上版本打開，編譯（快捷鍵F7），鏈接生成動態(tài)鏈接庫。 把生成的動態(tài)鏈接庫文件復制到C:Strategeblue目錄下。并更具需要更換文件名稱。 打開5Vs5平臺程序，將文件名稱輸入到STRATEGIES目錄下的Blue欄中，再用鼠標單擊Lingo把鏈接狀態(tài)更改為C+，然后

4、在點擊Send選項。鏈接文件過程完成。 在右側(cè)的工具欄中，點擊STARE，開始比賽。 如需進一步了解該軟件的用法，單擊右下角HELP選項。 23注意事項 本文中所提供的策略程序，只能在藍隊（右隊）中使用。 3.系統(tǒng)設計 31程序預期功能實現(xiàn)進攻防守兩大功能的合理靈活的切換；通過實現(xiàn)快速反應，精確定點定向移動，路線優(yōu)化設計等方法實現(xiàn)高效進攻和防守。 32功能模塊的劃分4 詳細設計及算法 41進攻的詳細設計及算法（1）當球在對方半場時為進攻模式1 主攻1：當球接近對方禁區(qū)時，在對方球門罰球區(qū)守侯，伺機射門；否則輔助助攻球員進攻。主攻2：當球接近對方禁區(qū)時，在對方球門大禁區(qū)一側(cè)守侯，伺機射門；否則輔

5、助助攻球員進攻，控球。助攻1：控球，將球帶進對方禁區(qū)，輔助主攻機器人進攻。助攻2：在助攻1機器人后方適當位置定點，隨時接應助攻1機器人。守門員：調(diào)整位置到初始位置 （2）當球在我方半場且不由對方控球時為進攻模式2 主攻1：控球，將球帶進對方禁區(qū)，輔助主攻機器人進攻。主攻2：在助攻1機器人后方適當位置定點，隨時接應助攻1機器人。助攻：準備進入對方半場并尋找有利攻擊位置。 防守：定位到球與我方球門之間的適當位置，隨時準備截球。 （3）另外一套進攻方案： 每個機器人都作為一個獨立的實體，分別進行判斷： 機器人1：當球在對方半場大禁區(qū)線外時，追球；當球在對方半場大禁區(qū)線內(nèi)上方時，留守下方，準備接反彈出

6、來的球；當球在對方半場大禁區(qū)線內(nèi)下方時，留守中間，伺機射門。機器人2：當球在對方半場大禁區(qū)上下方時，將球傳向門前；當球在對方大禁區(qū)和中場線之間時，控球，將球帶向球門。機器人3：。始終追球機器人4：當球在對方半場大禁區(qū)線外時，追球；當球在對方半場大禁區(qū)線內(nèi)上方時，留守中間，伺機射門；當球在對方半場大禁區(qū)線內(nèi)下方時，留守上方，準備接反彈出來的球。42防守的詳細設計及算法當球在我方半場且對方控球時為防守模式 主防：定位到球前方截球，使球向?qū)Ψ桨雸鲆苿印?助防：定位到球與球門之間的適當位置截球，協(xié)助主防和守門員。 后衛(wèi)1：定位到球門前適當位置做好截球接應準備。后衛(wèi)2：定位到球門前適當位置做好截球接應準

7、備。守門員：開始就自行運動到如圖所示位置，這樣可借助球門柱防止守門員因慣性偏離球門，可大大提高其運動速度，并可減少與其他隊員的碰撞。不足之處在于因碰撞而姿態(tài)變化后調(diào)整空間較小。 （1）當球在圖中所示陰影內(nèi)時，守門員的Y坐標盡量與球保持一致，當球坐標在球門范圍外時，守門員保持在離球最近位置侯球。（2）當球在圖中所示陰影內(nèi)時，守門員進入積極防守狀態(tài)。 積極防守狀態(tài)按球的方向和位置不同分四種狀態(tài)： （1）球的運動方向指向球門，此時守門員應位于球的運動方向上，阻截球的運動。（2）球的運動方向背離球門。此時守門員應位于球與兩門柱連線夾角的角平分線方向上，為下一次截球作準備。（3）在圖示情況下，守門員的Y

8、坐標盡量與球保持一致，當球坐標在球門范圍外時保持 ,球門內(nèi)時運動。(4)當球在如圖虛線內(nèi)運動時,守門員與球相反運動,以把球撞出. 43數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)機器人球員的數(shù)據(jù) （Vector3D pos表示機器人的三維坐標； rotation表示機器人的方向； velocityLeft表示機器人的左輪速度， velocityRight表示機器人的右輪速度；） typedef struct Vector3D pos; double rotation; double velocityLeft, velocityRight; Robot; 對方機器人 （成員意義同上） typedef struct Vector3D

9、 pos; double rotation; OpponentRobot; 總的環(huán)境參量結(jié)構(gòu) （homePLAYERS_PER_SIDE表示我方幾號機器人；opponentPLAYERS_PER_SIDE表示對方幾號機器人；currentBall表示當前球的位置，lastBall表示上個周期球的位置，predictedBall表示下個周期球的位置，用來預測球下個周期位置；fieldBounds表示場地邊界坐標，goalBounds表示球門邊線坐標；gameState表示比賽狀態(tài)， whosBall表示球的掌控狀態(tài)， *userData預留給用戶的數(shù)據(jù)指針） typedef struct Rob

10、ot homePLAYERS_PER_SIDE; OpponentRobot opponentPLAYERS_PER_SIDE; Ball currentBall, lastBall, predictedBall; Bounds fieldBounds, goalBounds; long gameState; long whosBall; void *userData; Environment; 44程序流程 45函數(shù)說明基本動作 void PredictBall ( Environment *env ); 預測球的位置，單步預測，運用微量調(diào)節(jié)。入口參數(shù)：環(huán)境參量。void Velocity

11、( Robot *robot, double vl, double vr ); 將響應產(chǎn)生的機器人速度寫入系統(tǒng)參量中，即引發(fā)機器人運動。入口參數(shù)：機器人指針，左輪速度，右輪速度。void Angle1(Robot *robot,int desired_angle); 使機器人轉(zhuǎn)到預定角度。入口參數(shù)：機器人指針，預定角度。void AngleOfPosition(Robot *robot,double x, double y); 使機器人轉(zhuǎn)某一角度，指向特定點。入口參數(shù)：機器人指針，特定點橫坐標，特定點縱坐標。以下函數(shù)有方向性,基于以上的基本動作void NormalGame_Right( En

12、vironment *env ); 右隊總策略。入口參數(shù)：環(huán)境參量。void Defender_Right(Environment *env); void Defend1_Right(Environment *env); void Defend2_Right(Environment *env); void Defend_Right_py(Environment *env); 右隊防守策略。入口參數(shù)：球員指針，環(huán)境參量。void Defence1_Right(Robot *robot,Environment *env);右隊防守策略。入口參數(shù)：球員指針，環(huán)境參量。 void GoalKeeper

13、_In_Right(Robot *robot,Environment *env); 右隊守門員策略。入口參數(shù)：球員指針，環(huán)境參量。新加入的策略 void Kick( Environment *env, Robot *robot, double aim_angle ); 基本動作，繞到球后方，帶球運動到對方球場。入口參數(shù)：環(huán)境參量，球員指針，目標角度。void Position1_cz( Robot *robot, double x, double y ); 移動到預定點，這是整個程序最重要的底層函數(shù)基礎。入口參數(shù)：球員指針，預定點橫坐標，預定點縱坐標。void Position_py(Robo

14、t *robot, double x, double y); 移動到預定點，無速度衰減。入口參數(shù)：球員指針，預定點橫坐標，預定點縱坐標。void Attack_cz1( Robot *robot, Environment *env ); void Attack_hx( Robot *robot, Environment *env ); 機器人攻擊策略。入口參數(shù)：球員指針，環(huán)境參量。void Shoot_Right_cz( Robot *robot, Environment *env ,double aimx ,double aimy); 射門函數(shù)，這是進攻中最重要的底層函數(shù)基礎，引導機器人相指

15、定點射門。入口參數(shù)：球員指針，環(huán)境參量，指定點橫坐標，指定點縱坐標void Goalkeeper_right_hx( Robot *robot, Environment *env ) 根據(jù)球的運動軌跡，預計球?qū)⒌竭_球門的位置，移動到該點截球。入口參數(shù)：球員指針，環(huán)境參量。void Goalkeeper_Right_py2( Robot *robot, Environment *env )快速反應，在球的運動方向上攔截。入口參數(shù)：球員指針，環(huán)境參量。5總結(jié) 51 存在的不足 (1) 定位函數(shù)在 Shoot 時，擊球定位的過程中精度很低，有時會丟球。(2) 精確到點的位置函數(shù)還有待進一步改善，現(xiàn)階

16、段在實現(xiàn)時還有一定的誤差，有 一定的振蕩現(xiàn)象。(3) 守門員角度校正函數(shù)還有待改善，現(xiàn)階段其實現(xiàn)角度校正時不分前后，導致守 門員有時遭碰撞后復位前后相反，不能很好防守。52 我們的體會我們的程序，建立在穩(wěn)定、快速的底層函數(shù)中，并且在強大有效的上層策略分 配下，結(jié)合動態(tài)分配角色技術(shù)，組織成為一支能與正式比賽隊相抗衡的仿真機器人 足球隊。另外，改進了現(xiàn)有的定位運動函數(shù)，使我方進攻、防守的整體性能大幅提高；自行編寫射門函數(shù)，使機器人具備智能射門攻擊能力；采用了動態(tài)分配技術(shù)，對高效進攻進行了有益的嘗試；新增了機器人“獨立思考綜合攻防”的新思路，為今后高級智能化足球機器人進行了一次超前并且大膽的嘗試。同

17、時，我們也有一些策略與功能未能付諸實現(xiàn)，如利用一階微分量來精確控制 下車的運動沒有實現(xiàn)；在動態(tài)分配角色時，還只是逐次刷新分配，沒有保證角色連 續(xù)性的算法；守門員程序還沒有做好精確有效的縱向運動的專用底層程序。小組在熟悉 C+界面、學習現(xiàn)有代碼、嘗試編寫、正式編寫、組合調(diào)試的各個過程中，相互交流、幫助，各自充分發(fā)揮自己的長處，最后讓我們小組在并不很長的時間內(nèi)很好的完成了課題任務。我們最大的收獲還在于，在實際編寫中領悟模塊化思想，在實際的合作中體會 編程規(guī)范性的重要性，由此建立起的工程學意識將使我們受益終生。大家在一起的 這段時間中，團隊的有機合作讓我們在看似繁瑣、枯燥的過程中不僅收獲了知識， 更

18、收獲了快樂。 我相信這次的課程設計的完成并不是終點，而是一個新的起點，在這個起點上，我們會更加努力的學習與實踐，讓自己更加優(yōu)秀。6程序代碼（只給出部分）/ Strategy.cpp : Defines the entry point for the DLL application./#include stdafx.h#include Strategy.h#include #include #define square(a) (a)*(a) /求平方#define leng(a,b,c,d) sqrt(square(a)-(c)+square(b)-(d) /自定義函數(shù)，求兩點間距離BOOL A

19、PIENTRY DllMain( HANDLE hModule, DWORD ul_reason_for_call, LPVOID lpReserved ) switch (ul_reason_for_call)case DLL_PROCESS_ATTACH:case DLL_THREAD_ATTACH:case DLL_THREAD_DETACH:case DLL_PROCESS_DETACH:break; return TRUE;const double PI = 3.1415923;char myMessage200; /void PredictBall ( Environment *e

20、nv );void Goalie1 ( Robot *robot, Environment *env );void NearBound2 ( Robot *robot, double vl, double vr, Environment *env );void Attack2 ( Robot *robot, Environment *env );void Defend ( Robot *robot, Environment *env, double low, double high );/ by moon at 9/2/2002void MoonAttack (Robot *robot, En

21、vironment *env );/ just for testing to check whether the &env-opponent works or notvoid MoonFollowOpponent ( Robot *robot, OpponentRobot *opponent );void Velocity ( Robot *robot, int vl, int vr );void Angle ( Robot *robot, int desired_angle);void Position( Robot *robot, double x, double y );void Ang

22、le1(Robot *robot,int desired_angle);void AngleOfPosition(Robot *robot,double x, double y);void Position1( Robot *robot, double x, double y );bool Position2(Robot *robot,double x, double y);bool GoaliePosition(Robot *robot,double x, double y);void Defence1_Right(Robot *robot,Environment *env);void De

23、fender_Right(Environment *env); void Defend1_Right(Environment *env);void Defend2_Right(Environment *env); void Defend_Right_py(Environment *env);void Position1_cz( Robot *robot, double x, double y );void Defend ( Robot *robot, Environment *env, double low, double high );void Defence1_Right(Robot *r

24、obot,Environment *env);void Position1_cz( Robot *robot, double x, double y );void Position0_cz(Robot *robot, double x, double y); void GoalKeeper_In_Right(Robot *robot,Environment *env);void Kick( Environment *env, Robot *robot, double aim_angle ); void Attack_cz1( Robot *robot, Environment *env , d

25、ouble x, double y ) ;void Shoot_Right_cz( Robot *robot, Environment *env ); void Attack1( Robot *robot , Environment *env); void Attack3( Robot *robot , Environment *env);void Attack4( Robot *robot , Environment *env);void shoot(Robot *robot , Environment *env); void pass(Robot *robot , Environment

26、*env); void NormalGame_Right_wl(Environment *env);void Goalkeeper_right_hx(Robot *robot,Environment *env); void Goalkeeper_Right_py2( Robot *robot, Environment *env );void Kick( Environment *env, Robot *robot, double aim_angle ); void Defend1_Right(Environment *env);void shoot_1(Robot *robot,Environ

27、ment *env);void closeto(Robot *robot,Environment *env);void Kick(Environment *env , Robot *robot , Vector3D ToPos);void _cdecl odprintf(const char *format, .);void Defence1_Right1(Robot *robot,Environment *env);extern C STRATEGY_API void Create ( Environment *env )/ allocate user data and assign to

28、env-userData/ eg. env-userData = ( void * ) new MyVariables ();extern C STRATEGY_API void Destroy ( Environment *env )/ free any user data created in Create ( Environment * )/ eg. if ( env-userData != NULL ) delete ( MyVariables * ) env-userData;extern C STRATEGY_API void Strategy ( Environment *env

29、 )/ the below codes are just for demonstration purpose.dont take this seriously testInt = 100;int k;switch (env-gameState)case 0:/ defaultMoonFollowOpponent ( &env-home 1, &env-opponent 2 );MoonFollowOpponent ( &env-home 2, &env-opponent 3 );MoonFollowOpponent ( &env-home 3, &env-opponent

30、 4 ); Position(&env-home3,env-currentBall.pos.x,env-currentBall.pos.y);MoonAttack ( &env-home 3, env );NormalGame_Right_wl(env);if(env-currentBall.pos.xhome3,30); if(env-currentBall.pos.xhome1,env); Position2(&env-home2,env-currentBall.pos.x,env-currentBall.pos.y);if(env-currentBall.pos.x79)Defend1_

31、Right(env);GoalKeeper_In_Right(&env-home2,env); if(env-currentBall.pos.x78) Defend2_Right(env); Goalkeeper_right_hx(&env-home3,env);if(env-home1.pos.xenv-currentBall.pos.x) PredictBall(env);Position(&env-home1,env-predictedBall.pos.x,env-predictedBall.pos.y); /* Shoot_Right_cz(&env-home3,env);Normal

32、Game_Right_wl(env); Defence1_Right(&env-home3,env); Defender_Right(env); Shoot_Right_cz( &env-home2, env ); Attack1(&env-home1 , env); Attack3( &env-home3 , env); Attack4( &env-home4,env); shoot(&env-home2, env); pass(&env-home2, env);Attack2(&env-home2,env);Position1(&env-home1,&env-opponent2.pos.x

33、,&env-opponent2.pos.y);GoalKeeper_In_Right(&env-home1,env);Shoot_Right_cz(&env-home2,env); Kick(env,&env-home3,180); Defend1_Right(Environment *env);void Defend2_Right(Environment *env); void Defend_Right_py(Environment *env); Position1_cz( &env-home1, env-currentBall.pos.x, env-currentBall.pos.y );

34、if(&env-currentBall.pos.xhome2,env); if(&env-currentBall.pos.x78)Position1(&env-home1 ,&env-currentBall.pos.x,) Goalie1 ( &env-home0, env ); break; */case FREE_BALL:/ Follow opponent guyMoonFollowOpponent ( &env-home 1, &env-opponent 2 );MoonFollowOpponent ( &env-home 2, &env-opponent 3 );MoonFollow

35、Opponent ( &env-home 3, &env-opponent 4 );/ attackMoonAttack ( &env-home 3, env ); / Goal keeperGoalie1 ( &env-home 0, env );/ by moon at 24/03/2002/ below code will not work. never try./env-home0.pos.x = 50;/env-home0.pos.y = 0;/env-home0.rotation = 20.0;break;case PLACE_KICK:MoonAttack ( &env-home

36、 2, env );break;case PENALTY_KICK:switch (env-whosBall)case ANYONES_BALL:MoonAttack ( &env-home 1, env );break;case BLUE_BALL:MoonAttack ( &env-home 4, env );break;case YELLOW_BALL:MoonAttack ( &env-home 0, env );break;break;case FREE_KICK:FILE * debugfile; debugfile = fopen(debugfile.txt,a); for (k

37、=0;kopponentk.pos.x, env-opponentk.pos.y, env-opponentk.pos.z); fclose(debugfile); MoonAttack ( &env-home 0, env );break;case GOAL_KICK:/MoonAttack ( &env-home 4, env );/Position(&env-home4,env-currentBall.pos.x,env-currentBall.pos.y);/shoot(&env-home3,env);Kick(env,&env-home3,180);break; void close

38、to(Robot *robot,Environment *env)void avoid(Robot *robot,Environment *env)void MoonAttack ( Robot *robot, Environment *env )PredictBall ( env );Position(robot, env-predictedBall.pos.x, env-predictedBall.pos.y);void MoonFollowOpponent ( Robot *robot, OpponentRobot *opponent )Position(robot, opponent-

39、pos.x, opponent-pos.y);void Velocity ( Robot *robot, int vl, int vr )robot-velocityLeft = vl;robot-velocityRight = vr;void Angle ( Robot *robot, int desired_angle)int theta_e, vl, vr;theta_e = desired_angle - (int)robot-rotation;while (theta_e 180) theta_e -= 360;while (theta_e -180) theta_e += 360;

40、if (theta_e 90) theta_e -= 180;if (abs(theta_e) 50) vl = (int)(-9./90.0 * (double) theta_e);vr = (int)(9./90.0 * (double)theta_e);else if (abs(theta_e) 20)vl = (int)(-11.0/90.0 * (double)theta_e);vr = (int)(11.0/90.0 * (double)theta_e);Velocity (robot, vl, vr);void Angle1(Robot *robot,int desired_an

41、gle)/ 讓機器人原地旋轉(zhuǎn)到某一角度 int theta_e, vl, vr; double Kp=1.2; theta_e = desired_angle - (int)robot-rotation; while (theta_e 180) theta_e -= 360; while (theta_e -180) theta_e += 360; if (theta_e 90) theta_e -= 180; vl = (int)(0 - Kp*theta_e); vr = (int)(0 + Kp*theta_e); Velocity (robot, vl, vr); void Angle

42、OfPosition(Robot *robot,double x, double y)/讓機器人原地旋轉(zhuǎn)始終對著某一點, 不分前后 int vl, vr; double dx,dy,d_e,desired_angle,theta_e; double Kp=0.8; dx=x-robot-pos.x; dy=y-robot-pos.y; d_e=sqrt(dx*dx+dy*dy); if(dx=0 & dy=0) vl=0; vr=0; Velocity(robot,vl,vr); else desired_angle = (int)(180.0/PI*atan2(double)(dy),(do

43、uble)(dx); theta_e = desired_angle-(int)robot-rotation; while(theta_e 180) theta_e -= 360; while(theta_e -180) theta_e += 360; if (theta_e 90) theta_e -= 180; vl = (int)(0 - Kp*theta_e); vr = (int)(0 + Kp*theta_e); Velocity(robot, vl, vr); void Position1( Robot *robot, double x, double y )/改造原始 Posi

44、tion 函數(shù), 提高直線和轉(zhuǎn)彎速度, 提速至 125,兩方向前進 double vl, vr, vc = 120 ; double desired_angle = 0, theta_e = 0, d_angle = 0 ; double dx, dy, d_e, Ka = 10.0/90.0; dx = x - robot-pos.x; dy = y - robot-pos.y; d_e = sqrt(dx * dx + dy * dy); if (dx = 0 & dy = 0) desired_angle = 90; else desired_angle = (int)(180. / PI * atan2(double)(dy), (double)(dx); theta_e = desired_angle - (int)robot-rotation; while (theta_e 180) theta_e -= 360; while (theta_e 100.) Ka = 1.2; /17. / 90.; else if (d_e 50) Ka = 0.9; /19. / 90.; else if (d_e 30) Ka = 0.8; /21. / 90.