2D仿真机器鱼5VS5项目策略研究

2D仿真机器鱼5VS5项目策略研究赵国冬(哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院，哈尔滨150000)摘要：针对2D仿真水中鱼项目5VS5比赛的平台与规则，为了能在5VS5比赛中使我方的水中鱼处于领先的优势，鉴于2D仿真鱼比赛是一种类似水中足球的对抗性比赛，顶球算法更是尤为重要。

提出了根据不同区域，提出不同的顶球算法，即攻击时，采用基本的顶球算法，防守时，采用根据相对位置确定请求位置的算法。

在攻、守、防止犯规等综合因素的情况下，在不同情况下选取最适合的顶球算法[1]。

为了能使我方的水中鱼充分地利用场地发挥优势，我方对水中鱼进行了角色的分配，并且对水中鱼的速度和方向进行了控制与优化[2]。

对仿真水中鱼方向控制的重点，是让水中鱼平滑的偏转，使其更稳定更迅速的找到自己的目标点。

经过实验证明，优化后的顶球算法以及策略使水中鱼在比赛中充分发挥了优势[3]，在更短的时间抢球成功。

关键词：对抗性；顶球算法；区域；角色分配；目标点The 2D Simulation Robotic Fish 5VS5 Project Strategy ResearchZhao Guodong(Computer Science and Technology College, Harbin Engineering University, harbin 150000, China) Abstract: For 2D simulation water fish project 5vs5 platform and the rules of the game, in order to make our water in 5 vs5 fish is in the lead, in view of the 2D simulation game fish is a kind of the antagonism of football game, similar to the water ball algorithm is particularly important. Put forward according to different regions, different ball algorithm is put forward, namely attack, using the apex ball of the basic algorithm, defense, use according to the relative position request location algorithm. In attack and defence, prevent the foul comprehensive factors such as cases, in different situations to choose the most suitable ball algorithm. In order to make our water fish make full use of field advantage, our fish in water are role allocation, and to control the speed and direction of the water fish and optimization. For the simulation of water fish direction control key, is to let the water fish smooth deflection, make it mor e stable and more quickly to find your target. After the experiment proved that the optimized ball algorithm and strategy to make the water fish give full play to the advantages in the game, the ball successfully in a shorter time.Key words: Ball algorithm, role assignment, speed control, direction control0 引言在科技高速发展的21世纪，机器人技术已不再陌生，由于这是一项综合性前沿技术，所有开发成果都需要大量的实践。

而水下世界将是人类未来生存、利用开发的资源宝库，因此在机器人科技以前所未有的速度发展的趋势下，2D仿真平台水中机器人比赛引起了广泛关注。

仿真平台不仅真实模拟了水下环境，反映水中鱼的运动情况[4]，还避免了水下研究的困难。

很多学校，以此为界入机器人研究的起点，逐步进入对机器人的深入研究。

在国际上，该赛事引起了业内人士的青睐，国内该项赛事目前已列为中国机器人大赛的重要项目。

2D仿真平台模拟了水中鱼的运动形式，通过各种项目进行比赛，有2D仿真水球比赛（5V5）、仿真抢球大战、2D仿真水球斯诺克、2D仿真协作过孔比赛、2D仿真花样游泳等。

1 平台简介URWPGsim2D（Underwater Robot Water Polo Game Simulator 2D Edition）是水中机器人水球比赛仿真2D版软件，软件可在Windows XP Professional SP3，Windows Vista或Windows 7系统中运行[5]。

作为“中国水中机器人大赛”和“中国机器人大赛暨RobuCup中国公开赛”之水中机器人竞赛的2D仿真组比赛平台，URWPGsim2D平台的设计采用面向对象思想，从对象建模的角度看，包括仿真机器鱼、仿真环境和仿真使命三类模型，其中以仿真使命为中心。

2D仿真水球5VS5比赛有两支队伍参加，每队各五条鱼，初始分别位于场地左右两侧，一个仿真水球位于开球点，处于左侧的队伍先发球。

针对某一方参赛队伍，定义前场虚线为进攻线，后场虚线为防守线。

每支队伍的1号仿真机器鱼可以在整个场地范围游动，为自由球员；第2、3号仿真机器鱼不能越过进攻线，为后防队员；第4、5号仿真机器鱼不能游回防守线内，为进攻球员。

每支队伍的仿真机器鱼应按照以上规则运动，否则视为犯规。

比赛开始后，双方仿真机器鱼在各自策略驱动下运动，在比赛过程中，平台服务端会在需要时弹出对话框提示，并暂停比赛，裁判法指令后方可继续比赛。

在进球和交换半场而暂停比赛时，双方均可更换比赛策略。

比赛总时间为10分钟，上下半场各5分钟，在规定时间（10分钟）内得分多的队伍取胜；得分相同则为平局。

2 速度控制仿真水中鱼的速度控制最重要的就是快速和稳定，虽然在仿真鱼的控制过程中，我们的目的是让鱼在最短的时间内，以最合适的速度稳定的从出发点游到目标点，但是我们并没办法保证这两点同时满足，他们是相互矛盾的[6]。

在平台中，我们将速度分为线速度和角速度，速度值的档位均为0~14，共15个整数，VCode为速度档位值，每个整数对应一个线速度，线速度随数字增大而依次递增；TCode为转弯档位值，每个整数对应一个角速度值，整数7对应直游，角速度值为0，整数6-0，8-14分别对应左转和右转，偏离7越远，角速度值越大。

下面我们进行分析。

当鱼头坐标与球的中心坐标距离大于5r时，我们认为此时鱼与球的距离较远，应尽最大努力缩小鱼到达目标点的时间，对角速度要求较小，可以尽量加大仿真鱼的线速度，将快速作为重点考虑，而不必过多考虑鱼的稳定性，直到鱼头坐标与球的中心坐标距离小于5r时，我们认为此时鱼与球的距离较近，由于鱼与目标点的距离在逐渐减小，所以对角速度精度要求增大，此时将稳定作为考虑重点，在不同的距离范围内，需要采取不同的速度值。

在控制速度前：1、应该确定鱼的刚体P与目标点Q之间的距离d；2、找出中间方向与鱼体方向度数差值绝对值θ（“中间方向”为鱼的刚体到目标点的方向）3、求出鱼以最大角速度ω转过目标角度θ可预计的时间t；4、计算出鱼在可预计时间t内能游到目标点的平均速度V；5、判断目标距离d是否小于angThreshold（默认值为30mm），若目标距离d小于angThreshold，则说明仿真鱼已经到达目标点；若目标距离d大于angThreshold，说明仿真鱼未到达目标点，则重新从第二步开始循环，直到到达目标点为止跳出循环。

3 方向控制在仿真机器鱼保持一定速度游行时，也需要对她的方向进行严格的控制。

她的速度是由不同的档位控制的。

共分为15个档位（0~14档）：0~6档控制左转，7档控制直行，8~14档控制右转。

档位与7相减，绝对值越大角速度越大。

由于比赛平台及规则限定，仿真机器鱼速度为零时角速度一定为零，也就是说仿真机器鱼不允许原地打转。

平滑的偏转可以使仿真机器鱼更稳定更迅速的找到自己的目标点，这也是对仿真机器鱼方向控制的重点。

接下来说一下对仿真机器鱼具体的方向控制。

通过对仿真机器鱼的测试实验得出以下公式;480πxy=//x为需要调整的角度（弧度制）若y>0，则控制档位为（y+7取下整）；若y<0，则控制档位为（y+7取上整）。

（当求得数据大于14时，取最大角速度14；当求得数据小于0时，取最小角速度0。

）即:（当求得数据大于14时，取最大角速度14；当求得数据小于0时，取最小角速度0。

）带球运动中，当需要转动角度较小时（-1 < y < 1），不需要去改变角度，只需控制好游动速度即可。

当偏离角度已无法更好的控制球体但未远离球体时（-5 < y < -1或1 < y < 5），应选择稍小角速度去控制仿真机器鱼以更稳定的带球，防止丢球[7]。

当偏离角度较大已无法进行进攻等操作时（-8 < y < - 5或5 < y < 8），应尽快改变角度来快速恢复进攻或其他状态，此时应将角速度调大来更更准确地实现仿真机器鱼的功能。

当仿真机器鱼游向仿真水球时，也就是说仿真机器鱼距离仿真水球较远时，仿真机器鱼应减小在方向上的控制，应提高仿真机器鱼速度，使仿真机器鱼更快速地接近仿真水球，节省时间提高效率，以便更早的接近并控制水球，为己方队员争分夺秒。

y 档位y 档位0 < y ≤ 1 7 -1 < y ≤ 0 71 < y ≤2 8 -2 < y ≤ -1 62 < y ≤3 9 -3 < y ≤ -2 53 < y ≤4 10 -4 < y ≤ -3 44 < y ≤5 11 -5 < y ≤ -4 35 < y ≤6 12 -6 < y ≤ -5 26 < y ≤7 13 -7 < y ≤ -6 17 < y 14 y ≤ -7 04 顶球算法研究4.1 基本顶球算法基本顶球算法的基本思想是让鱼通过加速、减速运动到最佳击球点后及时调整鱼身方向后顶球。