1．课程设计分析
1．1 课题要求
（1）了解5Vs5机器人足球仿真比赛平台及其策略。
（2）在C语言编程环境下，完成策略的编写和调试。
（3）运用所写的程序进行足球机器人比赛，并在比赛中完善所写的策略。
1．2 编写目的
通过对机器人足球仿真这一课程设计的了解，设计，编写和调试，实现足球策略在机器人上的优化应用，使己方机器人仿真足球队在比赛中获胜。最终达到能熟练运用C语言程序设计知识解决实际问题，实现具体目标的目的，并初步掌握工程化项目化软件开发的方法及过程。
1．3 背景
机器人足球如今已为越来越多的人所关注。其国际认可的比赛按机器人可分为三大类：大中型机器人足球实物组比赛，微型机器人足球实物组比赛，机器人足球仿真组比赛；按数量分可分为：3vs3，5vs5，11vs11等。机器人足球仿真5vs5组比赛是在国际认可的同一平台The Robot Soccer Simulator Director 8.5上运行各队的策略，从而实现比赛的目的。而其策略是基于Visual C＋＋编写的，只要掌握了C语言课程设计的知识就可以实现策略的编写。
2．用户手册
2．1运行环境要求
? Pentium III 600 MHz
? 256 megabytes of ram
? TNT2 3d Graphics accelerator with 32 megabytes of ram
? 24x CD-ROM
? Screen resolution 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
2．2使用方法
?将包含源代码的工程文件用Visual C++ 5.0以上版本打开，编译（快捷键F7），生成动态库。
?把生成的动态库文件复制到C:\Stratege\blue目录下。并更具需要更换文件名称。
?打开5Vs5平台程序，将文件名称输入到STRATEGIES目录下的Blue栏中，再用鼠标单击Lingo把状态更改为C++，然后在点击Send选项。文件过程完成。
?在右侧的工具栏中，点击STARE，开始比赛。
?如需进一步了解该软件的用法，单击右下角HELP选项。
2．3注意事项
?本文中所提供的策略程序，只能在蓝队（右队）中使用。
3.系统设计
3．1程序预期功能
实现进攻防守两大功能的合理灵活的切换；通过实现快速反应，精确定点定向移动，路线优化设计等方法实现高效进攻和防守。
3．2功能模块的划分
4．详细设计及算法
4．1进攻的详细设计及算法
（1）当球在对方半场时为进攻模式1
主攻1：当球接近对方禁区时，在对方球门罚球区守侯，伺机射门；否则辅助助攻球员进攻。
主攻2：当球接近对方禁区时，在对方球门大禁区一侧守侯，伺机射门；否则辅助助攻球员进攻，控球。
助攻1：控球，将球带进对方禁区，辅助主攻机器人进攻。
助攻2：在助攻1机器人后方适当位置定点，随时接应助攻1机器人。
守门员：调整位置到初始位置
（2）当球在我方半场且不由对方控球时为进攻模式2
主攻1：控球，将球带进对方禁区，辅助主攻机器人进攻。
主攻2：在助攻1机器人后方适当位置定点，随时接应助攻1机器人。
助攻：准备进入对方半场并寻找有利攻击位置。
防守：定位到球与我方球门之间的适当位置，随时准备截球。
（3）另外一套进攻方案：
每个机器人都作为一个独立的实体，分别进行判断：
机器人1：当球在对方半场大禁区线外时，追球；当球在对方半场大禁区线上方时，留守下方，准备接反弹出来的球；当球在对方半场大禁区线下方时，留守中间，伺机射门。
机器人2：当球在对方半场大禁区上下方时，将球传向门前；当球在对方大禁区和中场线之间时，控球，将球带向球门。
机器人3：。始终追球
机器人4：当球在对方半场大禁区线外时，追球；当球在对方半场大禁区线上方时，留守中间，伺机射门；当球在对方半场大禁区线下方时，留守上方，准备接反弹出来的球。
4．2防守的详细设计及算法
当球在我方半场且对方控球时为防守模式
主防：定位到球前方截球，使球向对方半场移动。
助防：定位到球与球门之间的适当位置截球，协助主防和守门员。
后卫1：定位到球门前适当位置做好截球接应准备。
后卫2：定位到球门前适当位置做好截球接应准备。
守门员：开始就自行运动到如图所示位置，这样可借助球门柱防止守门员因惯性偏离球门，可大大提高其运动速度，并可减少与其他队员的碰撞。不足之处在于因碰撞而姿态变化后调整空间较小。
（1）当球在图中所示阴影时，守门员的Y坐标尽量与球保持一致，当球坐标在球门围外时，守门员保持在离球最近位置侯球。
（2）当球在图中所示阴影时，守门员进入积极防守状态。
积极防守状态按球的方向和位置不同分四种状态：
（1）球的运动方向指向球门，此时守门员应位于球的运动方向上，阻截球的运动。
（2）球的运动方向背离球门。此时守门员应位于球与两门柱连线夹角的角平分线方向上，为下一次截球作准备。
（3）在图示情况下，守门员的Y坐标尽量与球保持一致，当球坐标在球门围外时保持 ,球门时运动。
(4)当球在如图虚线运动时,守门员与球相反运动,以把球撞出.
4．3数据结构
机器人球员的数据（Vector3D pos表示机器人的三维坐标； rotation表示机器人的方向； velocityLeft表示机器人的左轮速度， velocityRight表示机器人的右轮速度；）
typedef struct
{
Vector3D pos;
double rotation;
double velocityLeft, velocityRight;
} Robot;
对方机器人（成员意义同上）
typedef struct
{
Vector3D pos;
double rotation;
} OpponentRobot;
总的环境参量结构
（home[PLAYERS_PER_SIDE]表示我方几号机器人；opponent[PLAYERS_PER_SIDE]表示对方几号机器人；currentBall表示当前球的位置，lastBall表示上个周期球的位置，predictedBall表示下个周期球的位置，用来预测球下个周期位置；fieldBounds 表示场地边界坐标，goalBounds表示球门边线坐标；gameState表示比赛状态，whosBall表示球的掌控状态， *userData预留给用户的数据指针）
typedef struct
{
Robot home[PLAYERS_PER_SIDE];
OpponentRobot opponent[PLAYERS_PER_SIDE];
Ball currentBall, lastBall, predictedBall;
Bounds fieldBounds, goalBounds;
long gameState;
long whosBall;
void *userData;
} Environment;
4．4程序流程
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。
void Angle1(Robot *robot,int desired_angle);
使机器人转到预定角度。入口参数：机器人指针，预定角度。
void AngleOfPosition(Robot *robot,double x, double y);
使机器人转某一角度，指向特定点。入口参数：机器人指针，特定点横坐标，特定点纵坐标。
以下函数有方向性,基于以上的基本动作
void NormalGame_Right( Environment *env );
右队总策略。入口参数：环境参量。
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。
void Defence1_Right(Robot *robot,Environment *env);
右队防守策略。入口参数：球员指针，环境参量。
void GoalKeeper_In_Right(Robot *robot,Environment *env);
右队守门员策略。入口参数：球员指针，环境参量。
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。
void Position1_cz( Robot *robot, double x, double y );
移动到预定点，这是整个程序最重要的底层函数基础。入口参数：球员指针，预定点横坐标，预定点纵坐标。
void Position_py(Robot *robot, double x, double y);
移动到预定点，无速度衰减。入口参数：球员指针，预定点横坐标，预定点纵坐标。void Attack_cz1( Robot *robot, Environment *env );
void Attack_hx( Robot *robot, Environment *env );
机器人攻击策略。入口参数：球员指针，环境参量。
void Shoot_Right_cz( Robot *robot, Environment *env ,double aimx ,double aimy);
射门函数，这是进攻中最重要的底层函数基础，引导机器人相指定点射门。入口参数：球员指针，环境参量，指定点横坐标，指定点纵坐标
void Goalkeeper_right_hx( Robot *robot, Environment *env )
根据球的运动轨迹，预计球将到达球门的位置，移动到该点截球。入口参数：球员指针，环境参量。
void Goalkeeper_Right_py2( Robot *robot, Environment *env )
快速反应，在球的运动方向上拦截。入口参数：球员指针，环境参量。
5．总结
5．1 存在的不足
(1) 定位函数在 Shoot 时，击球定位的过程中精度很低，有时会丢球。
(2) 精确到点的位置函数还有待进一步改善，现阶段在实现时还有一定的误差，有一定的振荡现象。
(3) 守门员角度校正函数还有待改善，现阶段其实现角度校正时不分前后，导致守门员有时遭碰撞后复位前后相反，不能很好防守。
5．2 我们的体会
我们的程序，建立在稳定、快速的底层函数中，并且在强大有效的上层策略分配下，结合动态分配角色技术，组织成为一支能与正式比赛队相抗衡的仿真机器人足
球队。另外，改进了现有的定位运动函数，使我方进攻、防守的整体性能大幅提高；自行编写射门函数，使机器人具备智能射门攻击能力；采用了动态分配技术，对高效进攻进行了有益的尝试；新增了机器人“独立思考－综合攻防”的新思路，为今后高级智能化足球机器人进行了一次超前并且大胆的尝试。同时，我们也有一些策略与功能未能付诸实现，如利用一阶微分量来精确控制下车的运动没有实现；在动态分配角色时，还只是逐次刷新分配，没有保证角色连续性的算法；守门员程序还没有做好精确有效的纵向运动的专用底层程序。小组在熟悉 C++界面、学习现有代码、尝试编写、正式编写、组合调试的各个过程中，相互交流、帮助，各自充分发挥自己的长处，最后让我们小组在并不很长的时间很好的完成了课题任务。我们最大的收获还在于，在实际编写中领悟模块化思想，在实际的合作中体会编程规性的重要性，由此建立起的工程学意识将使我们受益终生。大家在一起的这段时间中，团队的有机合作让我们在看似繁琐、枯燥的过程中不仅收获了知识，更收获了快乐。我相信这次的课程设计的完成并不是终点，而是一个新的起点，在这个起点上，我们会更加努力的学习与实践，让自己更加优秀。
6．程序代码（只给出部分）
// 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))) //自定义函数，求两点间距离
BOOL APIENTRY 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 myMessage[200]; //
void PredictBall ( Environment *env );
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 9/2/2002
void MoonAttack (Robot *robot, Environment *env );
// just for testing to check whether the &env->opponent works or not void 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 Angle1(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 Defender_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 *robot,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 , double 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 *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,Environment *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 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 )
{
// the below codes are just for demonstration purpose....don't take this seriously please.
int testInt = 100;
int k;
switch (env->gameState)
{
case 0:
// default
MoonFollowOpponent ( &env->home [1], &env->opponent [2] );
MoonFollowOpponent ( &env->home [2], &env->opponent [3] );
MoonFollowOpponent ( &env->home [3], &env->opponent [4] );
Position(&env->home[3],env->currentBall.pos.x,env->currentBall.pos.y);
MoonAttack ( &env->home [3], env );
NormalGame_Right_wl(env);
if(env->currentBall.pos.x<20)
{
Kick(env,&env->home[3],30);
}
if(env->currentBall.pos.x<21)
{
shoot(&env->home[1],env);
}
Position2(&env->home[2],env->currentBall.pos.x,env->currentBall.pos.y );
if(env->currentBall.pos.x>79)
{
Defend1_Right(env);
GoalKeeper_In_Right(&env->home[2],env);
}
if(env->currentBall.pos.x>78)
{
Defend2_Right(env);
Goalkeeper_right_hx(&env->home[3],env);
}
if(env->home[1].pos.x>env->currentBall.pos.x)
{
PredictBall(env);
Position(&env->home[1],env->predictedBall.pos.x,env->predictedBall.po s.y);
}
/* Shoot_Right_cz(&env->home[3],env);
NormalGame_Right_wl(env);
Defence1_Right(&env->home[3],env);
Defender_Right(env);
Shoot_Right_cz( &env->home[2], env );
Attack1(&env->home[1] , env);
Attack3( &env->home[3] , env);
Attack4( &env->home[4],env);
shoot(&env->home[2], env);
pass(&env->home[2], env);
Attack2(&env->home[2],env);
Position1(&env->home[1],&env->opponent[2].pos.x,&env->opponent[2].pos .y);
GoalKeeper_In_Right(&env->home[1],env);
Shoot_Right_cz(&env->home[2],env);
Kick(env,&env->home[3],180);
Defend1_Right(Environment *env);
void Defend2_Right(Environment *env);
void Defend_Right_py(Environment *env);
Position1_cz( &env->home[1], env->currentBall.pos.x, env->currentBall.pos.y );
if(&env->currentBall.pos.x<20)
{
shoot(&env->home[2],env);
}
if(&env->currentBall.pos.x>78)
{
Position1(&env->home[1] ,&env->currentBall.pos.x,)
}
Goalie1 ( &env->home[0], env );
break;
*/
case FREE_BALL:
// Follow opponent guy
MoonFollowOpponent ( &env->home [1], &env->opponent [2] );
MoonFollowOpponent ( &env->home [2], &env->opponent [3] );
MoonFollowOpponent ( &env->home [3], &env->opponent [4] );
// attack
MoonAttack ( &env->home [3], env );
// Goal keeper
Goalie1 ( &env->home [0], env );
// by moon at 24/03/2002
// below code will not work.... never try....
// env->home[0].pos.x = 50;
// env->home[0].pos.y = 0;
// env->home[0].rotation = 20.0;
break;
case PLACE_KICK:
MoonAttack ( &env->home [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=0;k<=4;k++)
fprintf(debugfile, "robot: %d x: %f y: %f z: %f \n",
k, env->opponent[k].pos.x, env->opponent[k].pos.y,
env->opponent[k].pos.z);
fclose(debugfile);
MoonAttack ( &env->home [0], env );
break;
case GOAL_KICK:
// MoonAttack ( &env->home [4], env );
//
Position(&env->home[4],env->currentBall.pos.x,env->currentBall.pos.y) ;
// shoot(&env->home[3],env);
Kick(env,&env->home[3],180);
break;
}
}
void closeto(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->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;
if (theta_e < -90) theta_e += 180;
else 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_angle)// 让机器人原地旋转到某一角度
{
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;
else if (theta_e > 90) theta_e -= 180;
vl = (int)(0 - Kp*theta_e);
vr = (int)(0 + Kp*theta_e);
Velocity (robot, vl, vr);
}
void AngleOfPosition(Robot *robot,double x, double y)//让机器人原地旋转始终对着某一点, 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),(double)(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;
else 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 Position 函数, 提高直线和转弯速度, 提速至 125,两方向前进
{
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 < -180) theta_e += 360;
if (d_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.;
else if (d_e > 20)
Ka = 0.7; //23. / 90.;
else
Ka = 0.6; //25. / 90.;
if (theta_e > 95 || theta_e < -95)
{
theta_e += 180;
if (theta_e > 180)
theta_e -= 360;
if (theta_e > 80)
theta_e = 80;
if (theta_e < -80)
theta_e = -80;
if (d_e < 5.0 && fabs(theta_e) < 40)
Ka = 0.5;//0.1;
vr = (int)(-vc * (1.0 / (1.0 + exp(-3.0 * d_e)) - 0.2) + Ka * theta_e);//距离为零时, 速度不为零
vl = (int)(-vc * (1.0 / (1.0 + exp(-3.0 * d_e)) - 0.2) - Ka * theta_e);
}
else if (theta_e < 85 && theta_e > -85)
{
if (d_e < 5.0 && fabs(theta_e) < 40)
Ka = 0.5;//0.1;
vr = (int)( vc * (1.0 / (1.0 + exp(-3.0 * d_e)) - 0.2) + Ka * theta_e);
vl = (int)( vc * (1.0 / (1.0 + exp(-3.0 * d_e)) - 0.2) - Ka * theta_e);
}
else
{
vr = (int)(+.8 * theta_e);
vl = (int)(-.8 * theta_e);
}
if(fabs(vl)>=fabs(vr))
{
if(vl>0)
{
vl=125;
vr=125*vr/vl;
}
if(vl<0)
{
vl=-125;
vr=-125.0*vr/vl;
}
}
if(fabs(vl) { if(vr>0) { vr=125; vl=125.0*vl/vr; 2016年绍兴市青少年机器人竞赛 机器人虚拟比赛主题与规则 1、机器人综合技能比赛简介 机器人综合技能比赛是中国青少年机器人竞赛项目之一。其活动对象为中小学生，要求参加比赛的代表队在现场自行拼装机器人、编制机器人运行程序、调试和操作机器人。参赛的机器人是程序控制的，可以在赛前公布的竞赛场地上，按照本规则进行比赛活动。 在中国青少年机器人竞赛中设置机器人综合技能比赛的目的是检验青少年 对机器人技术的理解和掌握程度，激发我国青少年对机器人技术的兴趣，培养动手、动脑的能力。 2、比赛主题 本届机器人综合技能比赛的主题为“全民健身”。 2008年北京奥运会中国竞技体育取得了辉煌的成绩，在“后奥运时代”，群众体育必将得到越来越高的重视。为了满足广大人民群众日益增长的强身健体需求，经国务院批准，从2009年起，每年8月8日为“全民健身日”，将健康向上的大众体育精神传达给公众，推广健康生活的理念。 设立全民健身日(Fitness Day)，是促进全民健身运动开展的需要，是进一步发挥体育的综合功能和社会效应，丰富社会体育文化生活，促进人的全面发展的需要，是促进中国从体育大国向体育强国目标迈进的需要，也是对北京奥运会的最好纪念。 第十三届全运会将在2017年9月举办，这又将推动中国体育运动的更一步发 展。 本届比赛就是用机器人模拟全民健康运动，进一步弘扬奥运精神。 3、比赛场地与环境 3.1 场地 图1是比赛场地的示意图，待命区的位置只是示意。 图1 比赛场地示意图 3.2 赛场规格与要求 3.2.1 机器人比赛场地的内部尺寸为长254、宽254。 3.2.2 引导线宽度为2。 3.2.3待命区、转弯标志的位置、非十字引导线拼装块的图形以及位置和方向，等等，在赛前准备时公布。场地一经公布，在该组别的整个比赛过程中不再变化。 3.3 赛场环境 比赛组委会提供的电脑，系统为微软Windows XP/7。 机器人足球比赛规则 1.前言 本规则对已经沿用多年的2对2机器人足球比赛规则做了一些修改。目的是强调机器人足球比赛中的技术成份，而不是一味比拼速度和力量。对于本规则肯定会有一个适应过程，但对机器人足球的正常发展是有益的。 2.比赛场地和足球 2.1.机器人足球的矩形比赛场地长2430mm、宽1820mm。球场区长1830mm、宽1220mm，球场四周有宽度为300mm的白色界边，如图1所示。场地周围包括球门后面有高为80mm黑色亚光围栏。 2.2.赛场地面覆盖一层乙烯基场地纸。球场应水平和平整。白色边界包括场地边缘，也应平坦。 图1 比赛场地（mm） 2.3.场地应放置在地毯或毛毡基底上。场地可放在桌上或地板上。 2.4.球门宽度为450mm，深度为80mm。每个球门在距地面140mm处有一横梁。球门内的后面和侧面涂成天蓝色。地面平坦和水平，为白色。球门外侧面应涂有亚光黑色。球门的侧壁延伸到围栏，以防止足球从球门后方滚入。 2.5.场上有两个发球区，图2中用白色表示，但在场地纸上并未标记。它们是绿色区域 和黄色区域与灰色区的两条交接线（如下图白线）。 2.51最近发球点：如下图，如果球从B 区出界或在C 区犯规，最近发球点为作通过出界点或犯规点并与虚线平行的直线，该直线与靠近出界点或犯规点的白线的交点；如球从A 区出界或在罚球区犯规，最近发球点靠近出界点或犯规点的白线端点。 图2 发球区 2.6.参赛队必须根据场馆的照明和磁场条件调整机器人。比赛组织者将尽力保持较低的照度，并使赛场远离磁场（比如地板下的布线和金属物体）。不过仍建议各参赛队应设法让自己的机器人能适应各种照明和磁场干扰情况，并应对场地表面大约5mm 高的轻微起伏。 2.7.比赛采用会发射红外线的直径75～80mm 的电子球。每场开赛前，裁判都要检查足球是否损坏。本届竞赛用球为Wiltronics 制造的MK2红外球，或由日本EK 公司制造的RoboSoccer RCJ-04足球。这两种球都被允许用于比赛。MK2红外球外壳较薄，参赛队必须控制机器人的动力，否则损坏足球后可能会根据规则5.9被取消比赛资格。 3.机器人 3.1.机器人必须是经参赛队员启动后能够自动控制的机器人，禁止使用任何遥控方式操控。每支参赛队可使用不超过两个机器人参赛。比赛中禁止使用备用机器人，即在所有场次比赛使用相同机器人，违者取消比赛资格。 3.2.参加本比赛的机器人限用竞赛组委会指定的教育 机器人套材。只要有可能，也允许以上器材混用。 3.3.机器人必须能纳入内径和高度为220mm 的圆筒 中，重量不得超过2.5kg 。 3.4.机器人带球装置的控球区定义为连接在机器人身 上的任何突出部位形成的内部空间，控球区的深度不得超过 30mm ，如图3所示。 图3 控球区示意图 A A A A B B 智能机器人实验报告1 学院：化学与材料科学学院 学号： 2015100749 姓名：朱巧妤 评阅人：评阅时间： 实验1 电驱动与控制实验 （一）实验目的 熟悉和掌握机器人开发环境使用，超声传感器、碰撞传感器、温度传感器、颜色传感器等常见机器人传感器工作原理与使用方法，熟悉机器人平台使用与搭建；设计一个简单的机器人，并采用多种程序设计方法使它能动起来。 （二）仪器工具及材料 计算机、机器人实验系统、机器人软件开发平台、编程下载器等设备。 （三）内容及程序 实验内容： （1）碰撞传感器原理与应用； （2）颜色传感器原理与应用； （3）测距传感器原理与应用； （4）温度传感器原理与应用； （5）熟悉开发环境使用与操作；设计一个简单轮式移动机器人，并使用图形化编程方式实现对机器人的控制，通过该设计掌握机器人开发平台的结构设计、程序设计等基本方法。 实验步骤： 1)首先确定本次要做的机器人为货架物品颜色辨别的机器人。 2)根据模型将梁、轴、插销、螺丝等零件拼装成一个货架台 3)将货架台安装上可识别颜色的摄像头，并装在控制器上方，将两个摄像头的连接线分 别插入控制器的传感器接口，将显示器连接线插入传感器接口。 4)拼装完成后将控制器连接电脑，在电脑上运用Innobot软件对机器人进行颜色识别动 作的编程，拖动颜色传感器模块，对应选择数码管接口以及两个摄像头的接口，使机器人能将货架台上物品的颜色反应到数码管上。 5)将所编程序进行上传。测试看机器人是否能将颜色反映到显示器上完成所编动作。 （四）结果及分析 使用梁和轴以及螺钉拼装出货架台。 将拼装好的货架台装到传感器上。 《简易机器人制作》课堂推荐配置方案 乐高江苏唯一代理商——南京坤玛科技有限公司 21世纪是一个科技飞速发展的时代。如何让学生们更早地接触科技知识， 激发他们对科学的兴趣？如何帮助他们更好地面对未来社会激烈的竞争？面对这一切，我们必须选择更好的教学途径与教学工具，尤其科技方面的教学。机器人教育倡导先进的教育理念，配合循序渐进的学习工具和完整的教学资源，被普遍应用于国外的课堂和科技活动中。乐高教育系列是专门为不同年龄的学生设计，并用于课程的。所有的软硬件可以相互兼容或混合使用，逐步引导学生面向未来的科技挑战，学生也可以根据自己的能力挑战自己，培养自己的创新精神和实践能力。 特别指出，机器人教育旨在以其独具特色的教学方法，做中学的教育理念 引导学生循序渐进地机器人知识。使用机器人套装，学生在课堂中的整个构思、设计和开发过程俨然是实际工作和生活中的真实体验。他们就像真正的工程师一样，针对项目主题，进行研究、策划、设计、组装和测试。通过鼓励学生们主动调查、动手实践，让他们亲身体验抽象的理论如何变成了触手可及的答案，享受成功的兴奋。在活动中，学生不仅可以学到有关机械、电子、计算机等技术知识，更可帮助他们培养良好的生活习惯与生存技能：与人的沟通与合作、对他人的尊重、毅力的培养，自信心的树立及时间的合理分配、利用等等，为将来走上社会面对新的挑战做好充分的准备。 （中国学生研究乐高机器人；美国麻省理工学院生使用乐高机器人做科研项目.） 1， 机器人教育所提倡的教学理念：做中学！ ①，20世纪最有影响力的20名科学家之一瑞士儿童心理学家Piaget 博 士的观点： “建构论” - 知识不是灌输的。当学生们在动手制作(建构)一 些有意义的事物时，如用沙子堆城堡、写诗、设计小机器、写故事、编写电 脑程序、或者搭积木,这时是学生学习知识的最好时刻. ②，做中学与传统教学的区别： 抽象的能力 解决问题的能力 模仿 传授 做中学（活动与项目） (Activity&projec t) 研究性学习 学生参与程度高 教师参与程度高 附件2 机器人足球竞赛规则 该规则适用于1对1和2对2对抗赛，不同之处有注明。小学组为1对1竞赛，初中组和高中组为2对2竞赛。 一、竞赛场地及设备标准 1.场地（内侧）：长183cm，宽122cm，高14cm。四角有防死球的等腰直角三角柱，直角边长8cm。 2.墙壁：场地边界有墙壁（包括球门区）。墙壁高为14cm，墙壁内侧为黑色（哑光）。 3.球门：球门位于场地底线的中间，宽60cm，深12cm，高14cm。球门上方有2cm宽的横梁，在搭建和编程时，应保证机器人不能进入球门横梁内侧。可以使用球门上方的横梁以防止机器人进入球门内。球门内部，包括地面、墙壁和横梁可以涂色（两边球门分别为黄色和蓝色）。 4.地面：地面是草绿色光滑硬质地面，可以是广告喷绘膜或者油漆板材等。 5.开球点：球场中央点。 6.坠球点：场地中定义了五个坠球点。一个在场地正中；其余四个坠球点位于四个墙角附近，沿着赛场的长边分布，是在两边球门内侧联线方向上，靠近场地中部且距离门柱45cm远的那一点。场地中的坠球点将用黑点标示。 7.中圈：场地上将标出中圈，以场地中心为圆心，直径60cm，由黑色窄圈标示。在开球时裁判可以中圈为依据。 8.禁区：在每个球门前有个宽30cm、长80cm的禁区。禁区由宽1cm的白线标示，白线也是禁区的一部分。当机器人所有部分都在禁区内时，才视作“机器人在禁区内”。 9.照明：为稳定的室内照明灯光。 10.机器人：机器人体积（包括静止和比赛状态）正常置放时垂直投影面积必须在直径22cm（含）范围之内，限高22cm（含）以下，限重1.1kg（含）以下，机器人的启 动、停止开关应设于机器人上方。 根据机器人电源连接方式不同（串联或并联），一台机器人使用的所有电源的总输出不得超过9V(即2串锂聚合物电池或6节干电池)，不得使用升压、稳压装置。每台机器人的电源都必须有一个接口，以便测量电压，除非该机器人的电源从外观和连接方式能明显看出它的电压。单场比赛期间不允许充电或更换电池。 机器人不允许使用发射管发射红外光，可以使用红外测距传感器，但不能用于干扰其他机器人，各类测距传感器的数量不能超过4个。不允许在机器人表面使用能够反射红外光的材料。如果给机器人涂色，则必须涂成哑光的。选手应采取措施避免非主观的可见光及红外光源影响机器人的行动。 机器人只允许采用双驱动轮配置，即由两个电机分别独立控制一个着地的轮胎，可以安装辅助平衡的随动轮或万向球，随动轮或万向球与两个驱动轮必须成“十”字分布或“品”字分布，不能安装成两列形式。机器人不能在己方球门前只作左右移动，而应该能做出直接迎向足球的动作。 机器人（形成三面包围球体的）踢球装置的控球深度最大为1cm，以突出的两点之间成一水平连线中任一点且垂直到机器人边沿的直线距离计算。 机器人如果有盘球和弹射装置，可使用相对应的电机进行操控，在盘球装置可正常运转的情况下，机器人（形成三面包围球体的）踢球装置处的控球深度最大可放宽至为3cm。 11.足球：使用直径（74±5）mm的匀称电子球，该球会发出红外调制光，1200Hz阶梯波调制（载波40kHz），重95±5g（不含电池）。 二、名词定义解释 1.出界球：足球（越过墙壁）被机器人踢出球场外。 2.进球：当球完全进入球门区域或碰到球门后壁反弹， 一、机器人的定义 美国机器人协会（RIA）的定义: 机器人是一种用于移动各种材料、零件、工具或专用的装置，通过可编程序动作来执行种种任务的、并具有编程能力的多功能机械手。 日本工业机器人协会(JIRA—Japanese Industrial Robot Association)：一种带有存储器件和末端执行器的通用机械，它能够通过自动化的动作替代人类劳动。(An all—purpose machine equipped with a memory device and an end—effector，and capable of rotation and of replacing human labor by automatic performance of movements．) 世界标准化组织(ISO)：机器人是一种能够通过编程和自动控制来执行诸如作业或移动等任务的机器。(A robot is a machine which can be programmed to perform some tasks which involve manipulative or locomotive actions under automatic control．) 中国(原机械工业部)：工业机器人是一种能自动定位控制、可重复编程、多功能多自由度的操作机，它能搬运材料、零件或夹持工具，用以完成各种作业。 二、机器人定义的本质： 首先，机器人是机器而不是人，它是人类制造的替代人类从事某种作业的工具，它能是人的某些功能的延伸。在某些方面，机器人可具有超越人类的能力，但从本质上说机器人永远不可能全面超越人类。 3D仿真虚拟机器人竞赛规则 一、总则 在计算机上构建简易虚拟机器人，在模拟场景中虚拟火炬机器人在指定时间内，完成火炬传递任务。由裁判员根据评分规则对其演示结果进行评判，并最终决定竞赛名次。 二、比赛环境 采用广州市教育信息中心与广东南方数码科技有限公司共同开发的“易时代”3D仿真虚拟机器人系统。 三、各组比赛场地及难度设置要求 根据不同组别分设三个场景文件，在比赛时现场发放。 四、任务要求说明 1、参赛选手通过编程、调试，使虚拟机器人在指定时间内（120秒）完成火炬传递任务。包括：沿轨迹线行走、点燃自己火炬、自动判断和通过分岔路口，自动越过障碍物，到达指地点并点燃主火炬等环节。 2、参赛人员（禁止携带任何程序）进入比赛区，60分钟内参赛人员在计算机上现场模拟完成机器人编程、调试 (不能借助任何帮助)、上交。超时2分钟及以上者视为放弃比赛。 3、所有参赛选手编程完毕，需将程序提交服务器，程序一经提交不得 修改，超出编程时间，程序不得修改，且同意进行仿真比赛时，由裁判监督下现场进行火炬传递竞赛。 4、如果在比赛过程中出现下列情况之一，裁判可以终止比赛： （1）裁判宣布比赛开始后3分钟内选手仍未入场，作选手自动弃权处理； （2）编程调试结束前10分钟裁判会提示选手完成后提交程序，如果宣布比赛时间结束时参赛者仍未上交程序者，竞赛无成绩。 （3）比赛过程中参赛者出现严重犯规事件，裁判可以终止该参赛者比赛。 5、下列行为被认为是违反竞赛公平性原则的，是被禁止的： （1）使用他人的代码进行比赛。 （2）对同场竞技的对手的比赛进程进行阻挠。 裁判有权依据实际情况认定其他犯规行为，一旦认定了犯规行为，裁判将立即取消其参赛资格。 6、成绩计算：现场比赛成绩由裁判员确定并由参赛选手当场确认，逾期不得追诉和更改。参赛选手如对演示结果有异议，可提出一次重新演示，竞赛成绩以重新演示为准。如竞赛成绩相同，则按程序先提交者为优胜。 7、比赛结束后，组委会有权将参赛者的可执行代码进行网上公示以便各校学习交流。 五、评分标准 参照2010年广州市中小学智能机器人竞赛活动3D仿真虚拟机器人竞赛规则标准，并以裁判的判决为最终结果，详细说明如下： 机器人足球赛简介 RoboCup是一个通过提供足球比赛这样一个标准问题来促进人工智能、机器人以及相关领域的研究而建立的国际组织。 1997年，是人工智能和智能机器人研究史上重要的一年，同年5月，IBM的深蓝机器人击败了人类国际象棋冠军，人工智能领域四十多年的挑战终于成为现实；7月4日，NASA 的“火星探路者”飞行器及其配置的自主移动机器人系统，Sojourner，成功地在火星表面登陆；也就在这一年，首届RoboCup比赛及会议在日本的名古屋举行，为实现机器人足球队击败人类足球世界冠军的梦想迈出了坚实的第一步。 加拿大不列颠哥伦比亚大学的教授Alan Mackworth在1992年的论文《On Seeing Robots》(新加坡世界科学出版社：《计算机视觉：系统、理论与应用》)中提出训练机器人进行足球比赛的设想。1992年10月，在日本东京举行的《关于人工智能领域重大挑战的研讨会》上，与会的研究人员对制造和训练机器人进行足球比赛以促进相关领域研究进行了探讨。1996年，RoboCup国际联合会成立，并在日本举行了表演赛，以后每年举办一届。RoboCup 的使命是促进分布式人工智能与智能机器人技术的研究与教育。通过提供一个标准任务，使得研究人员利用各种技术，获得更好的解决方案，从而有效促进相关领域的发展。他的最终目标是经过五十年左右的研究，使机器人足球队能战胜人类足球冠军队。 RoboCup机器人足球的研究融入了计算机、自动控制、传感与感知融合、无线通讯、精密机械和仿生材料等众多学科的前沿研究与综合集成，其研究领域包括智能机器人系统，多智能体系统，实时模式识别与行为系统，智能体结构设计，实时规划和推理，基于网络的三维图形交互，传感器技术。其技术特点有：动态实时系统、分布式合作与协调、带噪声的，非全信息的环境模型、非符号化的环境信息、受限的通讯带宽等，它的设计主要分成以下模块：机械系统、电子系统、视觉系统、决策系统和通讯系统和车载系统等系统的设计。 l、RoboCup足球机器人仿真组（2D、3D） 仿真组比赛是RoboCup 的组成部分。RoboCup 仿真比赛是一个能为多智能体系统和模拟智能进行研究与教育的工具。比赛是在一个标准的计算机环境中进行的,提供了一个完全分布式控制，实时异步多智能体环境。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，有噪声的对抗环境中，研究多智能体的合作对抗问题。当然，仿真组的比赛使用的机器人并非是真的机器人。一个机器人是Agent, 拥有自己的大脑，是一个独立的"主体"。而一个球队实际是程序组成的。服务器的工作就是计算并更新球场上所有物体的位置和运动，发送视觉和听觉信息给球员，接收球员的命令。 北京理工大学珠海学院实验报告 实验课程：工业机器人实验名称：实验一：工业机器人认识 教师：时间：班级：姓名：学号： 一、实验目的与任务 了解6自由度工业机器人的机械结构，工作原理，性能指标、控制系统，并初步掌握操作。了解6自由度工业机器人在柔性制造系统中的作用。 二、实验设备 FMS系统（含6-DOF工业机器人） 三、实验内容与步骤 1、描述工业机器人的机械结构、工作原理及性能指标。 2、描述控制系统的组成及各部分的作用。 3、描述机器人的软件平台及记录自己在进行实际操作时的步骤及遇到的问题以及自己的想法。教师批阅: 北京理工大学珠海学院实验报告 实验课程：工业机器人实验名称：实验二：机器人坐标系的建立 教师：时间：班级：姓名：学号： 一、实验目的与任务 了解机器人建立坐标系的意义；了解机器人坐标系的类型；掌握用D-H方法建立机器人坐标系的方法与步骤。 二、实验设备 FMS系统（含6-DOF工业机器人） 三、实验内容与步骤 1、描述机器人建立坐标系的意义以及机器人坐标系的类型。 2、深入研究机器人机械结构，建立6自由度关节型机器人杆件坐标系，绘制机器人杆件坐标系图。 教师批阅: 实验课程：工业机器人实验名称：实验三：机器人示教编程与再现控制 教师：时间：班级：姓名：学号： 一、实验目的与任务 了解机器人示教编程的工作原理，掌握6自由度工业机器人的示教编程与再现控制。 二、实验设备 FMS系统（含6-DOF工业机器人） 三、实验内容与步骤 1、描述机器人示教编程的原理。 2、详细叙述示教编程与再现的操作步骤，记录每一个程序点，并谈谈实验心得体会。教师批阅: 2019 WRO中国区选拔赛WRO足球世界杯 发布时间:2019年1月15日 前言 WRO足球世界杯是WRO世界机器人奥林匹克竞赛的重要组成部分，是面向青少年开展的一项以科技设计与实践为导向的国际性科普活动，足球赛事具有对抗性、竞技性和游艺性，同时能够训练参与者控制力和逻辑思考能力等。其宗旨是培养青少年具有国际视野和科技创新能力，促进跨国界的科技和文化领域的友好交流合作，让热爱机器人活动的青少年能够体会到更多的乐趣，同时了解到多元化的机器人发展形式。 WRO足球世界杯规则与以往足球赛事不同，2014年WRO足球世界杯规则进行了新的调整，新的规则较以往足球赛事相比更注重技术的灵活运用。新规则规定WRO足球世界杯是以蓝牙控制模式进行操控，非自主机器人模式。我们的机器人搭建与编程，必须由学生自主完成。 A．参赛年龄 1．小学组：队员年龄<13岁 2．初中组：队员年龄<16岁且≥13岁 注意： ?参赛队员的年龄要求严格，不能大于规定年龄，如有超过，将不能参加国际总决赛。（尽管你的出生日期是在国际总决赛举办时间（2019年11月）之 后，比如：如果你在2019年12月满16周岁，你不能参加初中组比赛）?如果队员年龄比要求的年龄小，那么在参加比赛前要取得国际赛决赛东道主的许可，前提是队伍中至少有一名队员的年龄符合要求。 ?如果一支队伍的所有队员年龄都比要求的小，那么该队伍必须参加符合年龄要求的比赛类别。 C.参赛队要求 WRO是以团队为单位的竞赛。参加其中任意一类的竞赛，都必须以团队的形式参加。 每个参赛队可以有1名教练以及2或3名参赛队员。 仅有1名教练和1名队员的队伍不能组成一个参赛队参加比赛。 D.教练 参与本届WRO竞赛教练（助理教练）的年龄在注册WRO比赛时不能低于20岁。 教练可以与多个参赛队配合；但是每个参赛队必须由一位责任成年人辅助，比如助理教练。 教练可以在比赛前对参赛队进行指导和提供建议，但是在实际的奥林匹克竞赛中，所有的工作和准备都必须是由参赛队的学生队员自己完成的。 1更改部分 1.1部分规则文字增加了黄色背景，此部分文字多为教练员和队员不注意部分，起强调左右。 1.2罚球区更名为禁区。 1.3规则5.3.2做了修订。 1.3新增规则5.11.3和规则5.11.4。 1.4规则6.3做修订。 1.5新增规则6.9和规则6.10. 中国青少年机器人竞赛 机器人足球比赛规则 1 前言 2对2机器人足球比赛规则经过几次调整，基本达到强调机器人足球比赛中的技术而不是一味比拼速度和力量的目的，加强了对参赛学生能力的考核，对机器人足球的正常发展是有益的。为了更方便训练和比赛，再次对规则进行修订。 2 比赛场地和足球 2.1 机器人足球赛台的球场区长1220mm、宽1830mm，球场四周有宽度为220mm的白色边界区。边界区四周有宽80mm的坡面，四周为高150mm、厚18mm的档板。边界区及坡面均刷白色亚光漆，档板刷黑色亚光漆。赛台尺寸如图1所示。赛台用木工板制成。 2.2 赛台中央的木质底板上覆盖一层喷绘的背胶场地纸。绿色球场及白色边界区应水平和平整。 图1 比赛场地（mm） 2.3 赛台应放置在约600mm高的架子上。 2.4 球门内宽为450mm，深度为80mm。每个球门在距地面140mm处有一横梁。球门内有高度为80mm的后壁。球门内侧涂成天蓝色，地面为白色。球门外侧面应涂成亚光黑色。球门用厚度不超过12mm的木板制成。 2.5 场上有六个发球点和一个开球点，图2中用白点表示，但在场地纸上并未标记。 图2 发球点、开球点和罚球区 2.6 参赛队必须根据场馆的照明和磁场条件调整机器人。比赛组织者将尽力保持较低的照度，并使赛场远离磁场（比如，地板下的布线和金属物体）。但是，建议各参赛队应设法让自己的机器人能适应各种照明和磁场干扰情况，并能应对场地表面大约5mm高的轻微起伏。 2.7 比赛采用能发射红外线的直径70～75mm的电子球。每场开赛前，裁判都要检查足球是否损坏。本届竞赛用球为日本EK公司制造的RoboSoccer RCJ-05足球，使用抗于扰力较强的调制模式。参赛队必须控制机器人的动力，否则，损坏足球后可能会根据规则5.7.2和6.7被罚出场或取消比赛资格。 3 机器人 3.1 机器人必须是经参赛队员启动后能够自动运行的机器人，禁止使用任何遥控方式。为了策略或备份的需要，每支参赛队可携带三台机器人参赛，但在同一场比赛中只能使用两台机器人且不能更换。 3.2 参加本届比赛的机器人限用竞赛组委会指定的厂家的机器人套材。只要有可能，也允许以上器材混用，允许自制机器人。 实验一 机器人运动学实验 一、基本理论 本实验以SCARA 四自由度机械臂为例研究机器人的运动学问题.机器人运动学问题包括运动学方程的表示,运动学方程的正解、反解等,这些是研究机器人动力学和机器人控制的重要基础,也是开放式机器人系统轨迹规划的重要基础。 机械臂杆件链的最末端是机器人工作的末端执行器(或者机械手)，末端执行器的位姿是机器人运动学研究的目标，对于位姿的描述常有两种方法：关节坐标空间法和直角坐标空间法。 关节坐标空间： 末端执行器的位姿直接由各个关节的坐标来确定，所有关节变量构成一个关节矢量，关节矢量构成的空间称为关节坐标空间。图1-1是GRB400机械臂的关节坐标空间的定义。因为关节坐标是机器人运动控制直接可以操纵的，因此这种描述对于运动控制是非常直接的。 直角坐标空间： 机器人末端的位置和方位也可用所在的直角坐标空间的坐标及方位角来描述，当描述机器人的操作任务时，对于使用者来讲采用直角坐标更为直观和方便（如图1-2）。 当机器人末端执行器的关节坐标给定时，求解其在直角坐标系中的坐标就是正向运动学求解（运动学正解）问题；反之，当末端执行器在直角坐标系中的坐标给定时求出对应的关节坐标就是机器人运动学逆解（运动学反解）问题。运动学反解问题相对难度较大，但在机器人控制中占有重要的地位。 图1-1 机器人的关节坐标空间 图1-2 机器人的直角坐标空间法 机器人逆运动学求解问题包括解的存在性、唯一性及解法三个问题。 存在性：至少存在一组关节变量来产生期望的末端执行器位姿，如果给定末端执行器位置在工作空间外，则解不存在。 唯一性：对于给定的位姿，仅有一组关节变量来产生希望的机器人位姿。机器人运动学逆解的数目决定于关节数目、连杆参数和关节变量的活动范围。通常按照最短行程的准则来选择最优解，尽量使每个关节的移动量最小。 解法：逆运动学的解法有封闭解法和数值解法两种。在末端位姿已知的情况下，封闭解法可以给出每个关节变量的数学函数表达式；数值解法则使用递推算法给出关节变量的具体数值，速度快、效率高，便于实时控制。下面介绍D-H 变化方法求解运动学问题。 建立坐标系如下图所示 连杆坐标系{i }相对于{ i ?1 }的变换矩阵可以按照下式计算出，其中连杆坐标系D-H 参数为由表1-1给出。 齐坐标变换矩阵为： 其中描述连杆i 本身的特征；和描述连杆i?1与i 之间的联系。对于旋转关节，仅是关节变量，其它三个参数固定不变；对于移动关节，仅是关节变量，其它三个参数不变。 1 引言 自从20世纪50年代末世界上第一台机器人诞生之后，机器人技术得到了迅速的发展。机器人技术是一个国家科学技术水平和国民经济现代化、信息化的重要标志，也是打开21世纪大门的钥匙[1]。 随着机器人技术的发展，其在教育领域的应用也逐步得到重视。目前教育机器人主要应用于课内外教学和参加各级各类科技创新活动，表现出了无可比拟的教育价值和极待挖掘的发展前景。 2 机器人的定义 在科技界，科学家会给每一个科技术语一个明确的定义，但机器人的定义却至今没有统一。原因之一是机器人还在发展，根本原因则是机器人涉及到了人的概念，使之成为难以回答的哲学问题。早在1967年日本召开的第一届机器人学术会议上，就有专家提出了两个有代表性的定义[2]。之后又不断涌现新的见解。我国科学家对机器人的定义是：“机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度协同性的自动化机器。”[2] 3 教育机器人简介 干国胜在其硕士论文中对教育机器人解释如下：用在教育领域的以人工智能决定其行动的机器人[2]。从学习角度讲，“教育机器人是由生产厂商专门开发的以激发学生学习兴趣、培养学生综合能力为目标的机器人成品、套装或散件”[3]。它除了机器人机体本身之外，还有相应的控制软件和教学课本等。 国内已有一些企业和公司可以生产教育机器人或教学平台。不同种类的教育机器人不断涌现，如SmartCar[4]、SUUNY618、博思威科教育机器人等均已投入市场。 4 教育机器人产生背景 机器人技术是在二战以后才发展起来的新技术。1958年美国的Consolidated公司制作出了世界上第一台工业机器人，由此揭开了机器人发展的序幕[5]。1967年日本川崎重工公司从美国购买了机器人的生产许可证，日本从此开始了研究和制造机器人的热潮。随着机器人在工业上的广泛应用，如何加强工人对机器人的了解从而提高他们对机器人的控制也就成为一个显著的问题。机器人教育也就随之产生。2003年4月3日到7日，日本横滨举行了2003年机器人博览会[6]。专门用于教学的教育机器人从此诞生了。 国外教育机器人的研究开展较早。早在上世纪六十年代日本、美国、英国等西方发达国家已经相继在美国大学里开始了对机器人教育的研究，到了六十年代他们在中小学也开始了机器人教学，在此过程中也推出了各自的教育机器人基础开发平台[5]。我国的机器人研究在七八十年代就已开展起来，在我国的“七五”计划，“863”计划中均有相关的内容。但针对中小学的机器人教学起步较晚，到上世纪九十年代后期才得到了初步的发展，目前发展仍不完善。 5 教育机器人应用现状 教育机器人主要用于机器人竞赛和课内外教学。 5.1 机器人竞赛机器人教育对高科技社会的巨大影响已经引起了美国、欧洲、日本等发达国家和亚洲各国的高度重视，也得到了我国教育界的极大关注。国内外机器人赛事不断，引人注目。目前，全球每年有一百多项机器人竞赛，参加人员从小学生、中学生、大学生到研究者[5]。 1）国际比赛。①机器人足球竞赛。让机器人踢足球的想法是在1995年由韩国科学技术院（KAIST）的金钟焕(Jong-Hwan Kim)教授为了发展多智能体技术而提出的。1996年11月，他在韩国政府的支持下首次举办了微型机器人世界杯足球比赛(即FIRA MiroSot’96)。 ＲｏｂｏＣｕｐ机器人足球仿真比赛开发设计＊ 郭叶军熊蓉吴铁军 (浙江大学控制科学与工程学系工业控制技术国家重点实验室杭州 310027) E-mail: yjguo@https://www.doczj.com/doc/bd16068767.html, 摘要：机器人世界杯足球锦标赛(The Robot World Cup)，简称RoboCup，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。本文在介绍RoboCup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。 关键词： RoboCup 机器人足球比赛多智能体系统 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。RoboCup1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。RoboCup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RoboCup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RoboCup仿真程序的入门指南。 １．RoboCup仿真比赛介绍２ RoboCup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Client/Server 方式，由RoboCup联合会提供Server系统rcsoccersim(版本8之前名为soccerserver)，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。 Rcsoccersim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 Rcsoccersim通过UDP/IP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UDP/IP协议即可，因此在开发环境和使用语言上可以有多种选 * 2002年11月收到《计算机工程与应用》录用通知 RoboCup中型组机器人比赛规则(MSLR) 陈卫东叶道年张小冰等编译 上海交通大学自动化研究所 目录 第一章RoboCup比赛项目 (3) 1.1国际规则项目 (3) 1.22Vs2项目 (3) 第二章RoboCup国际规则 (4) ●规则1 －比赛场地要求 (4) ——规则1.1 尺寸 (4) ——规则1.2 场地标识 (5) ——规则1.3 球门区 (5) ——规则1.4 罚球区 (5) ——规则1.5 旗杆 (6) ——规则1.6 角弧 (6) ——规则1.7 球门 (6) ——规则1.8 安全 (7) ●规则2 －比赛所用球 (8) ——规则2.1 质量和尺寸 (8) ——规则2.2 受损球的替换 (8) ●规则3 －比赛队员装备 (9) ——规则3.1 安全性 (9) ——规则3.2 基本装备 (9) ——规则3.3 守门员 (11) ——规则3.4 犯规和制裁 (11) ——规则3.5 重新比赛 (11) ●规则4 －裁判及助理裁判 (12) ——规则4.1 裁判之权威 (12) ——规则4.2 权力与职责 (12) ——规则4.3 助理裁判 (12) ——规则4.4 裁判判决 (12) ●规则5 －比赛时间 (13) ——规则5.1 半场 (13) ——规则5.1 中场休息 (13) ——规则5.2 补时 (13) ——规则5.3 罚球 (13) ——规则5.3 加时 (13) ——规则5.4 中途终止之比赛 (13) ●规则6 －比赛开始与重新开始 (14) ——规则6.1 开球 (14) ——规则6.2 开球过程 (14) ——规则6.3 开球的犯规及措施 (14) ●规则7 －比赛的进行与暂停 (15) ——规则7.1球赛暂停 (15) ——规则7.2 球赛进行 (15) ●规则8 －比赛的计分 (16) ——规则8.1 进球得分 (16) ——规则8.2 比赛胜利 (16) ——规则8.3 竞赛规则 (16) ●规则9 －犯规行为 (17) ——规则9.1 停球与持球 (17) ——规则9.2 踢球与运球 (17) ——规则9.3 犯规及其犯规后的处罚 (18) ●规则10 －任意球与罚球点及点球 (20) ——规则 10.1 任意球 (20) ——规则10.2 任意球的位置 (20) ——规则10.3 任意球犯规/制裁 (20) ——规则10.4 罚球 (21) ——规则10.5 球出边界的处理 (22) ——规则10.6 球门发球 (22) ●规则11- 上场队员的人数 (23) 第三章RoboCup 2Vs2项目规则 (24) 3.1 2Vs2比赛基本规则 (24) 3.2 2Vs2比赛其它规则 (24) 2008FIRA世界杯机器人足球大赛的背景资料 世界杯机器人足球大赛是全球集科技、体育竞赛于一体的世界级重要赛事，它通过机器人足球比赛来评价各国在信息科学、自动化控制、机电一体化科学、人工生命科学等领域的综合技术水平。目前世界机器人大赛由国际机器人足球联盟FIRA (The Federation of International Robosoccer Association)统一组织，已在全球共组织世界大赛12次，分别在韩国、巴西、法国、澳大利亚等国家举办过。中国仅在2001年北京举办过第六届大赛，全国人大常委会副主任周光召出席大赛并致词。该项大赛每届参赛国家约20-30个，每届参赛队伍约计40-50支，参赛选手约150-200人。02年的世界杯机器人足球大赛在韩国汉城举办，由于与足球世界杯相结合，参赛国家达30个。中国FRIA分会也已经分别在北京、哈尔滨、成都、武汉举办了六次全国比赛，中国的机器人足球队已经从零发展到50多个大学，并且多次在世界杯大赛中获得了冠、亚军，中国机器人足球队已成为不可忽视的劲旅。 机器人足球享有：“一个小平台的技术战争”、“一个发展人工智能的新里程碑”、“一个机器人社会的缩影”等美称，在全世界范围内有大批的科学家与技术人员参与其中，这个领域技术先进，极富创造性。青岛将在2008年作为奥运会分会场举办奥运帆船赛，能够在2008年在青岛举办世界杯机器人大赛，将会为我们 科技奥运的主题添加丰富内容，有助于提升我市的整体形象，扩大我市在世界的影响。 2008FIRA世界杯机器人足球大赛定于2008年7月22日-25日在青岛举行，经FIRA中国分会联系，外国报名注册参赛的球队为28支，人数为150多人，国内报名参赛的球队为32个队。 一、比赛的合作方 1、主办单位：国际机器人足球联盟（FIRA） 2、承办单位：青岛市人民政府 中国FIRA分会 3、具体承办单位：青岛市信息产业局、青岛市市南区政府。 二、比赛组织机构 大赛名誉主席：FIRA主席金钟焕 大赛组委会主席：青岛市副市长 FIRA中国分会会长洪炳熔 主要职责分工：FIRA和FIRA中国分会负责组织报名（国内国外），提供技术支持，论文申报及评审，赛事安排，裁判培训，邀请专家等工作。青岛市方面负责赛事支撑条件，后勤保障、场地提供、运动员食宿、对外宣传等方面的工作。 三、大赛主要活动内容 1、开幕式 2、热身赛及群众参与活动 2、机器人足球比赛 RoboCup仿真机器人11：112D足球比赛 1、仿真比赛环境（服务器端）： 服务器（Soccer Server）采用与2007全国机器人大赛一致的10.0.7版本，由比赛委员会发布。 2、比赛方式 比赛允许手动启动。 为了能同国际比赛一致，本次比赛只接受Linux 平台下的队伍。 比赛结束后，所有参赛队伍的可执行码必须发布。 3、比赛安排 待定。 4、比赛积分规则 4.1 积分规则： 胜一场得三分、平一场的一分，负一场的零分 4.2 平分处理： 在循环赛阶段，如果两个或两个以上的球队出现了积分相同的情况，则首先比较 净胜球，如相同则比较进球数，如再相同则以相互成绩决定名次。在淘汰赛阶段遇到平局，则进行加时赛，仍然平局则点球决定胜负。如果有一方不能正常进行点球，则能进行的一方胜；如果双方都不能正常进行点球决战，则重赛一场。 5．抛球（drop-ball）处理 在一些情况下，如发任意球或界外球，比赛是处于停止状态的。 如果球队在规定的发任意球时间内不能将球发出，服务器将在200个周期后自动执行抛球（drop-ball）命令。 如果某支球队反复的出现发任意球时没有球员发球，甚至没有球员向球移动试图 发球，则裁判可以适当的通过手动抛球（drop-ball）命令缩短比赛的等待时间。这 样做的目的是，在保证参赛球队有公平的机会行使他们的权利的同时，确保比赛尽可能流畅的进行。 如果比赛在play_on状态下，没有任何一个球员向球移动，裁判可以在200个周期后抛球（drop-ball）。 在抛球（drop-ball）的时候，裁判应该将球放在离球的当前位置尽可能近的地方。如果在禁区内出现抛球（drop-ball）的情况，则应该将球放在禁区的角上。 6．代码要求 6.1教练信息 教练可以在比赛处于非play_on状态时，发出任意格式的消息。教练每隔30秒钟可以发送一个建议、一个信息和一个定义，其余的消息将被服务器忽略。因此，教练每30秒钟发送的指示不要超过4个，以免加重网络负担。 6.2犯规 绝大多数情况下服务器会自动的进行任意球和界外球的判罚。然而，有些犯规情况只能由人类裁判识别，并由他判罚给被犯规球队任意球。 符合下列情况视为犯规： 如果一支球队将球围住，以至于其他球队队员无法踢到球； 如果球门被许多球员挡住，以至于无法进球（粗野的防线：将球员排成人墙挡住球门）； 如果一支球队试图挡住对方球员的运动； 守门员的移动次数被限制在2次。守门员可能会轻踢一脚球，然后再次抱球，这样会又获得两次移动机会。这种情况只能允许发生一次，我们要求人类裁判将球放在最近的禁区角上； 任何其它的被比赛委员会认定的违反公平竞赛的行为都可以被成为犯规。 7．竞赛公平性： 比赛的进行参照了现实足球的公平性和比赛规则，同时还受到服务器虚拟的仿真环境的约束。任何不受约束的行为都被视为违背了公平竞赛的承诺，这在比赛中是严格禁止的。 违反竞赛公平的行为如下： 使用其他球队的可执行代码参加比赛； 球队每个周期给每名球员发送超过三个或四个指令，造成服务器（仿真比赛环境）阻塞； 球队使用其他的方式，如进程间的直接通讯来进行球员间的通讯，而不是通过服务器使用’say’命令； 一方球队试图通过记录并发送从前的通讯内容或者模仿对方球队的通信来扰乱对方球队的正常通讯。 上述的任何一种行为都是被严格禁止的。 该规则适用于全国活动决赛中2对2和1对1对抗赛，不同之处有注明。小学组为1对1竞赛，初中组和高中组为2对2竞赛。 一、竞赛场地及设备标准 1.场地（内侧）：长183cm，宽122cm，高14cm。四角有防死球的等腰直角三角柱，直角边长8cm。 2.墙壁：场地边界有墙壁（包括球门区）。墙壁高为14cm，墙壁内侧为黑色（哑光）。 3.球门：球门位于场地底线的中间，宽60cm，深12cm，高14cm。球门上方有2cm宽的横梁，在搭建和编程时，应保证机器人不能进入球门横梁内侧。可以使用球门上方的横梁以防止机器人进入球门内。球门内部，包括地面、墙壁和横梁可以涂色（两边球门分别为黄色和蓝色）。 4.地面：地面是草绿色光滑硬质地面，可以是广告喷绘膜或者油漆板材等。 5.开球点：球场中央点。 6.坠球点：场地中定义了五个坠球点。一个在场地正中；其余四个坠球点位于四个墙角附近，沿着赛场的长边分布，是在两边球门内侧联线方向上，靠近场地中部且距离门柱45cm远的那一点。场地中的坠球点将用黑点标示。 7.中圈：场地上将标出中圈，以场地中心为圆心，直径60cm，由黑色窄圈标示。在开球时裁判可以中圈为依据。 8.禁区：在每个球门前有个宽30cm、长80cm的禁区。禁区由宽1cm的白线标示，白线也是禁区的一部分。当机器人所有部分都在禁区内时，才视作“机器人在禁区内”。 9.照明：为稳定的室内照明灯光。 10.机器人：机器人体积（包括静止和比赛状态）正常置放时垂直投影面积必须在直径22cm（含）范围之内，限高 22cm（含）以下，限重1.1kg（含）以下，机器人的启动、停止开关应设于机器人上方。 根据机器人电源连接方式不同（串联或并联），一台机器人使用的所有电源的总输出不得超过9V(即2串锂聚合物电池或6节干电池)，不得使用升压、稳压装置。每台机器人的电源都必须有一个接口，以便测量电压，除非该机器人的电源从外观和连接方式能明显看出它的电压。单场比赛期间不允许充电或更换电池。 机器人不允许使用发射管发射红外光，可以使用红外测距传感器，但不能用于干扰其他机器人，各类测距传感器的数量不能超过4个。不允许在机器人表面使用能够反射红外光的材料。如果给机器人涂色，则必须涂成哑光的。选手应采取措施避免非主观的可见光及红外光源影响机器人的行动。 机器人只允许采用双驱动轮配置，即由两个电机分别独立控制一个着地的轮胎，可以安装辅助平衡的随动轮或万向球，随动轮或万向球与两个驱动轮必须成“十”字分布或“品”字分布，不能安装成两列形式。机器人不能在己方球门前只作左右移动，而应该能做出直接迎向足球的动作。 机器人（形成三面包围球体的）踢球装置的控球深度最大为1cm，以突出的两点之间成一水平连线中任一点且垂直到机器人边沿的直线距离计算。 机器人如果有盘球和弹射装置，可使用相对应的电机进行操控，在盘球装置可正常运转的情况下，机器人（形成三面包围球体的）踢球装置处的控球深度最大可放宽至为3cm。 11.足球：使用直径（74±5）mm的匀称电子球，该球会发出红外调制光，1200Hz阶梯波调制（载波40kHz），重95±5g（不含电池）。 二、名词定义解释 1.出界球：足球（越过墙壁）被机器人踢出球场外。 2.进球：当球完全进入球门区域或碰到球门后壁反弹，青少年电脑机器人竞赛虚拟机器人竞赛规则
机器人足球比赛规则
机器人实验报告
乐高西觅亚机器人方案
2019年中国电教馆电脑制作机器人足球竞赛规则
机器人实验报告
3D仿真虚拟机器人竞赛规则(201020)
机器人足球赛简介
《工业机器人》实验报告
WRO足球世界杯发布时间2019年1
机器人足球比赛规则
机器人实验指导书
浅析教育机器人的应用现状
RoboCup 机器人足球仿真比赛开发设计
RoboCup中型组机器人比赛规则(MSLR).
机器人大赛背景材料[1]
RoboCup仿真机器人11：112D足球比赛
1：机器人足球竞赛规则
相关主题
文本预览