机器人足球比赛防守与进攻队形转换的研究

文章编号：1003-6199(2011)04-0134-03

摘 要：随着机器人足球的发展，机器人防守和进攻的队形对于比赛显得尤为重要。为了加强机器人足球比赛中的防守和进攻，文章通过分析足球在不同区域时防守队形的选择、防守与进攻的队形转换、以及在极端情况下剩余机器人的有效利用等几个问题，研究和设计机器人防守和进攻队形转换的算法和策略。机器人队形的选择采用人性化的方法，大大提高了队形的形成速度，在极端状态下也做出相应的策略来加强进攻。通过实验表明，该策略增加了防守和进攻的效率，提高了进球的几率。

关键词：防守与进攻； 队形转换； 极端情况

中图分类号： TP24 TP31 文献标识码：A

Research on the Turnformation of Defense and Offence in Robot Soccer Game

LIU Exin1, SU Yu1, ZHONG Weisheng1, HUANG Hong1,2, WEI Yue1

(1.Zhuhai，Beijing Institute of Technology, Zhuhai 519088,China；

2.Automation College, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China )

Abstract:With the development of robot soccer, the formation of robots defense and offence is particularly important in the competition. In order to promote confrontation of robot soccer game, the arithmetic and tactics of turnformation based on robot defense and offence are studied and designed through analyzing the defense formation choice in the different areas, the interconversion of defense formation and offence formation, and economizing problem of residue robots under the extreme case. The choice of robots formation is confirmed by using humanized methods so that the speed of formation is improved. At the same time the corresponding tactics are adopted to enhance offence under the extreme case. The experiments have shown that the strategy increased the efficiency of defense and offensive and greatly improved the possibility of scoring for our part.

Key words:defense and offense；turnformation； extreme case

1 引 言

在机器人足球比赛中，为了加强机器人防守与进攻策略的有效性［1,2］，在队形策略上提出了在我方半区的防守队形和在敌方半区的进攻队形，以及在敌方上下底线的队形设计。在整个比赛中，必将形成防守和进攻的队形相互转换，因为防守与进攻，主要取决于足球当前的落点。为增加比赛的顺畅性，形成一种人性化的足球比赛和有利的队形［3,4］，根据落点的分析判断形成基于足球落点分析的队形策略，如图1所示。

2 球在不同区域队形的选择

一种队形适应不了整场比赛，因为一种队形在某种情况下可能为自己带来不利因素，例如在犯规导致该进的球无效等。所以根据球在不同区域对机器人做出不同的队形调整是有必要的［5］，在此分析足球在以下三种区域时，机器人的队形情况。

2.1 球在我方半区

当球在我方半区时（以下均假设我方为左方），此时应该加强防守，破坏对方的进攻，为此我们设计了一种多道防守防线的防守队形，以加强当第一道防线漏球时，第二道防线接着抢球，以此类推的防守情况，每道防线都依次错开一定的距离，使得防守期间不漏球，加强防守的有效性，同时让球的最大走位角度尽可能大的偏离球门的方向，示意图如图2所示。

2.2 球在敌方半区

当球在敌方半区时（附近外），处于进攻状态，此时应该加强进攻［6］，破坏对方的防守，在进攻的策略上，为了避免漏球，利用漏斗阵形将球控制住，为此，引入x，y轴，根据球的x，y坐标，使得机器人依次分布成为一个漏斗形，然后一直将球推至敌方前，以便制造更多的射门机会，示意图如图3所示。

计算技术与自动化2011年12月

第30卷第4期刘锷欣等：机器人足球比赛防守与进攻队形转换的研究

2.3 球在敌方上下底线

当球在敌方上下底线时，仍处于进攻状态，为了避免让系统造成FreeBall浪费10秒钟，设置3名球员在大边缘等待制造FreeBall，以节约比赛时间同时也起到埋伏射门的作用，等待其他机器人将球传到边缘，创造射门机会，以右下角底线为例，示意图如图4所示。程序代码如下：图3 球在敌方半区漏斗队形

//获取球的坐标

CPoint mball;

mball = ball.posture.position;

//再对各个机器人基于球所在位置分布埋伏及进攻位置

pos［3］.x = mball.x-150;

pos［3］.y = mball.y + 50;

pos［5］.x = mball.x-150;

pos［5］.y = mball.y - 50;

pos［4］.x = mball.x-100;

pos［4］.y = mball.y + 80;

if(pos［4］.x > banareaR.left-8)

pos［4］.x = banareaR.left-8;

pos［1］.x = mball.x-100;

pos［1］.y = 636;

if(pos［1］.x > banareaR.left-8)

pos［1］.x = banareaR.left-8;

pos［6］.x = mball.x-100;

pos［6］.y = mball.y - 80;

if(pos［6］.x > banareaR.left-8)

pos［6］.x = banareaR.left-8;

pos［2］.x = mball.x-100;

pos［2］.y = 188;

if(pos［2］.x > banareaR.left-8)

pos［2］.x = banareaR.left-8;

//待确定好所有位置之后，立刻利用跑位函数跑到基于足球落点所确定的各个位置，从而形成进攻兼埋伏的队形

home［3］.Position2(pos［3］);

home［4］.Position2(pos［4］);

home［5］.Position2(pos［5］);

home［6］.Position2(pos［6］);

home［1］.Position2(pos［1］);

home［2］.Position2(pos［2］);

3 防守与进攻队形的转换

在比赛中，根据预测足球位置所在区域，使机器人随时准备进行对队形的转换，然后以最快的速度形成队形。在此利用了就近原则达到目的，因为这样可以以相同的速度，最短的距离跑至最理想的位置，通过缩短距离来提高队形的形成速度，从防守到进攻的角度看，可以形成快速的反击，制造更高效率更多射门几率的进攻；从进攻到防守的角度看［7］，可以使得处于劣势的我方形成快速的回防，为下一步的进攻提供有力的保障。因为在比赛中防守占据着重要的地位，同时对防守策略提出了更高的要求［8］。

当球在敌方附近上下底线时，我方形成埋伏射门且看时机制造FreeBall的队形，既有利于制造射门机会，又有利于节省FreeBall的10秒钟。以球在敌方附近上下底线的一种队形转化策略为例，如图5所示。

3.1 预测球的下一个位置所在区域

当敌我双方在敌方半区互相抢球时，注意球的走位，如果有球往我方半区跑动的趋势，快速形成回防队形；否则，判断球是否跑至敌方附近上下底线区域，此时根据返回的区域值来确定球的确切区域，并利用就近原则形成埋伏队形。

3.2 判断球是否成为死球

当球在敌方上下底线时，判断球是否即将形成死球，若是，则守在大边缘的3个等待制造FreeBall的机器人立刻跑进制造犯规，以便节省死球的耗时；否则，找准角度向大小中间传球给埋伏机器人，让机器人找准时机射门，这样既然可以节省时间，又可以增加射门几率。

3.3 埋伏机器人射门判定

埋伏机器人需要有两种准备，一是判定是否球为死球，等待制造FreeBall；二是判定球是否已经传到大小中间，等待时机，判断球与机器人的最近距离，然后再让该机器人射门完成最后一击。

4 极端情况下剩余机器人的有效利用

在图3所示的情况中，如果出现最后一个机器人的位置处于上下边界附近，此时可能形成不了完整的漏斗形。对于这种情况，我们对漏斗底端的机器人的y坐标进行判定，如果出现此种极端情况，则利用其余3个闲置机器人来辅助另外一个漏斗边缘，使之更加严密［9，10］，形成一道完整的 “人墙”。

5 实验结果与结论

通过此次研究，机器人队形的选择采用人性化的方法，特别是在转换方式上，大大提高了队形的形成速度，在极端状态下也做出了相应的策略来加强进攻。通过实验证明，与未利用极端条件下的闲置机器人相比，前者比后者更加有利于在进攻时，提供一定的防守；同时在设置埋伏机器人后，也有效地节省了死球的耗时，增加了射门次数，为进球提供了可能。

参考文献

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［3］ 史豪斌，覃杨森，娄云峰，等. 足球机器人仿真比赛中的进攻队形设计及控制研究［J］.2009,(6):885-888.

［4］ 王雷，周国威，贾磊.一种足球机器人射门策略的人性化设计［C］.2005中国控制与决策学术年会论文集.2005：2013-2016.

［5］ 尚路彦，张小川，李祖枢，等.关于机器人足球区域射门动作算法的改进［J］.重庆工学院学报，2005，19（3）：142-144 .

［6］ 郝宗波，洪炳.仿真机器人足球射门动作研究［J］. 哈尔滨工业大学学报，2003，39（9）：1102-1104.

［7］ 于东超，耿祥义，刘泮青.5vs5仿真机器人足球比赛――防守算法研究［J］. 计算机技术与发展，2008，18（2）：59-61,65.

［8］ 章小兵，陈黎，刘艳春. 基于Robocuo的智能协作防守［J］. 安徽工业大学学报：自然科学版，2011，28（3）：272-276.

［9］ 王健,李强,邱小童.中型组机器人站位防守的研究［J］.自动化技术与应用,2008, 27(6):28-31.

［10］翟彬.Voronoi图在足球机器人规划中的应用研究［J］.科技信息,2008,(4):90-91.省略)；苏 禹（1979―），男 ，贵州黔西人，副教授，博士，研究方向：自动化及相关技术的研究。