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FIRA仿真5VS5机器人的弧线射门算法设计作者:王强 史颖刚 叶冰慧 寇小希来源:《电脑知识与技术》2021年第16期
????????摘要:在FIRA仿真足球比赛中,机器人能对赛场形式做出准确判断,并抓住有利时机快速、准确地射门是赢得比赛的关键。为提高仿真足球机器人的进攻效率,该文提出了一种FIRA仿真5VS5机器人弧线射门算法,通过判断足球是否位于机器人射门范围内,调整机器人的初始位置,并实时调整机器人前进的目标点,使机器人沿着平滑的弧线轨迹将位姿调整到射门状态,再进行射门。该研究通过仿真实验验证了该算法的正确性和优越性,实验结果表明该算法能有效提高仿真足球机器人的有效射门次数和射门的成功率。
????????关键词:足球机器人;弧线射门;调整位姿;算法设计
????????中图分类号:TP391 文献标识码:A
????????文章编号:1009-3044(2021)16-0012-04
????????开放科学(资源服务)标识码(OSID):
????????1 背景
????????仿真足球机器人采用软件仿真系统研究机器人踢足球过程中的动作、策略,对实际的足球机器人设计具有重要参考意义。FIRA仿真5VS5机器人比赛中,仿真足球机器人的策略执行[1-3]、战术配合和路径规划等都是比赛的重要部分,而仿真机器人射门能力是进攻能力的重要指标,是决定比赛胜负的关键因素之一。
????????仿真机器人足球比赛中易于实现的基本射门算法,其核心思想是选取距离足球较近的一个位置,作为仿真机器人的行进目标点,仿真机器人沿直线从初始位置到达该点,再调整自身角度,沿直线将球射入球门。这种算法中机器人运动轨迹单一,容易受到对方机器人干扰,并且没有设定射门目标点,甚至会出现机器人将球射入己方球门的情况。
????????针对上述问题,本文提出了一种FIRA仿真5VS5机器人的弧线射门算法[4]。机器人首先判断足球是否位于射门范围内,然后调整机器人的初始位置,并实时调整机器人前进的目标点,使机器人沿着平滑弧线轨迹将自身位姿调整到射门状态,再进行射门。仿真实验表明了该算法的正确性和优越性,能有效提高仿真足球机器人的有效射门次数和射门成功率。
????????2 FIRA仿真5VS5机器人竞赛相关简介
????????FIRA仿真5VS5机器人竞赛是中国机器人大赛FIRA仿真项目的子项目,3cm×3cm×3cm的仿真机器人在专用的SimuroSot 5vs5仿真平台上开展竞赛,比赛用球直径1cm。比赛场地如图1所示,平台尺寸220cm×180cm,带有5cm高、2.5cm厚的围墙,场地的四角固定有四个7cm×7cm的等腰三角形。中线、门区边界线和中圈等主要的直线、弧线均为白色,3mm宽。中圈半径25cm,区域C的点球判罚区是120cm×80cm的区域,区域B的罚球区,包括球门前80cm×35cm的长方形区域及其附属弧形区域,弧形区域沿球门线长25cm,垂直于球门线5cm。区域A的门区是位于球门前50cm×15cm的长方形区域,门线是位于球门前长40cm的直线,球门宽40cm。
????????比赛分两个半场,每半场5分钟,中场休息10分钟。比赛开始时,进攻球队可在中圈和自己的半场内任意布置机器人,防守球队可在自己半场除中圈外任意布置。上半场和下半场开球,以及进球后重新开球时,球均放置在场地中心处。裁判哨响之后,比赛开始,所有机器人开始自由移动。
????????在不触犯点球、争球以及任意球等比赛规定的情形下当整个球越过门线时即破门得分,比赛结束后得分多的一方胜利。
????????3 基本射门算法
????????仿真机器人的基本射门算法,其核心思想是选取距离足球较近的一个位置,作为行进目标点,仿真机器人沿直线从初始位置到达该点,再调整自身角度,沿直线将球射入球门,采用基本射门算法的仿真机器人运动路线,如图2所示。基本射门算法易于实现,但机器人运动轨迹单一,容易受到对方机器人的干扰,不能根据足球运动轨迹变化做出快速反应,机器人射门的快速性和准确性不高。仿真实验数据表明,采用基本射门算法的仿真机器人失球率高达44%。
????????4 弧线射门算法
????????如果仿真机器人选取自身位置和足球位置为射门动作的起始点、终点,机器人在起始点与终点之间的运动轨迹是由一系列的运动点位构成,机器人每次运动中都带有一定的属性,比如机器人的运动方向,运动速度,走过的轨迹等,如果机器人在每个点运动过程中不仅前进一定的距离,也调整一定的方向,也就是机器人在第N个运动轨迹点向第N+1个运动轨迹点运动过程中,既有一定的行程变化,也有一定的运动方向变化[5],那么机器人在射门起始点和终点之间走过的轨迹就是一个弧线[6],如图3所示,仿真机器人采用的上述射门算法
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