华北电力挑战杯优秀获奖作品论文集

足球机器人双球员射门算法研究

基金项目: 华北电力大学青年教师科研基金项目（200721006）。

作者:陈传红

指导老师：柳长安

摘 要：为了提高机器人球员在比赛中的射门成功率，本文提出了双球员配合射门的算法。首先研究了单个球员射门算法、球员之间的传球算法，并且在分析守门员算法的基础上，发现了守门员存在的“死角”；其次提出了使用双球员判断射门环境，适时将球传出，灵活的避开守门员将球射入球门的算法。最后使用射门成功率公式分析并通过多次实验证明，双球员射门算法大大提高了射门成功率。

关键词：足球机器人；单球员射门；双球员射门

Double-player shooting algorithm in robot soccer

Chen Chuan-hong

School of Computer Science and Technology, North China Electric Power University,

Beijing, 102206, China

liuchuny@http://www.77cn.com.cn

Abstract: Based on the research of single-player shooting algorithm and goalkeeper

defending algorithm, analyzes the dead corner of goalkeeper, and estimates the shooting

circumstance, controls double-player to coordinate mutually, to avoid goalkeeper, and shoot in. Analyzes the shooting algorithm with Shoot-success formula, and many tests proved that the shooting algorithm improve success rate greatly, have important value in match, and make a challenge to goalkeeper algorithm.

Keywords: robot soccer; single-player shooting; double-player shooting

引言(Introduction)

机器人足球是一个广阔的研究平台，在很多方面都有重要的研究价值，它在现代化武器研制上的重要意义浮出水面。球员的射门与发射导弹击中目标有所类似，守门员的防守

截球与导弹的拦截有较大的相似性[1]。比赛是以进球数的多少判断球队的胜负，射门的次数与成功率就成了足球比赛的核心问题，射门的次数是由球员传球的质量决定，射门的成功率取决于有效的射门算法，因此射门算法在比赛中具有举足轻重的作用R [2]。

算法基础(The basis of the algorithm)

单球员射门算法研究(Research on single-player shooting algorithm)

双球员射门算法基础是由单个球员射门，需要结合传球的技巧。下面先简单介绍单个球员射门算法[3]。

单个球员射门主要有两种算法，一种是球员将球射入球门如图1.a所示，一种是球员将球推入球门如图1.b所示。

描述性算法如下：

（1）判断球的位置(ballx,bally)，是否进入可以射门的范围。如可以则继续，否则传球。设可以射门的边界为, 若ballx shootx,球进入射门范围。

a b

图1 球员R射门方式

Figure 1.Player R shooting way.

（2）寻找射门最佳射入点，由于禁区内只有守门员，所以简单定位为距离守门员较远的门区位置。只考虑存在守门员的情况，守门员的坐标为

Rg(homex,homey)，球门的上下界限为 downy,upy ，显然，远离守门员的球门点是最佳射门目标点A(aimx,aimy)，生成射门轨迹：

y

（1）

即令： (aimy bally)(x aimx) aimy(aimx ballx)

k

（2） (aimy bally)(aimx ballx)

（3）选择最佳射门球员，到达最佳射门位置。 在射门区中的球员为最佳射门球员Ra(robotx,roboty)，与球的连线与轨迹曲线的夹角小于45度。即令：

k1

（3） (roboty bally)(robotx ballx)

k k arctan(1) 1 k1*k4

（4） k k1 arctan() 1 k1*k4； 或者

并且具备条件

dis

可选出最佳射门球员。

（4）综合判断是推射还是直射。一般如果守门员离球较远采用直射，否则采用推射。如果没有最佳球员，或者守门员离球较近，进行推射，即将球推入球门。

传球算法研究(Research on passing ball algorithm)

传球算法的关键是快速，还需要己方球员的预测准确，并且判断对方球员位置。 下面是算法描述：

（1）判断球的位置(ballx,bally)

（2）判断对方球员位置，寻找突破点。

（3）选取己方最适合球员传球Ra(rax,ray) 。

y

（4）形成传球轨迹：

（5） (ray bally)(x rax) ray(rax ballx)

同时安排球员Rb(rbx,rby)接应传球。

(rby ray)(rax ballx) ray,rby)

调用基本函数传球。预测球的位置为A(ray bally) (

y

通过

（6）

进行辅助预测，判断球的入射点。

守门员防守算法研究(Research on the algorithm of goalkeeper defensive)

要想使射门成功率提高，必须要研究守门员的防守算法[3]，另外球门区内肯定还有别的球员进行协防。

（1）预测球的运动轨迹，有两种方法判断，根据球的历史轨迹预测；球的原位置(roboty bally)(x robotx) roboty(robotx ballx) (oldballx,oldbally)，球的目前位置(ballx,bally)，预测球的轨迹：

y (oldbally bally)(x ballx) bally(oldballx ballx) （7）

另一种算法是根据射门球员与球的位置判断[4]。

（2）守门员始终处在守门员的横坐标与预测轨迹的交点上：y=f(x)，y=homey。

（3）守门员将球反弹或者传出球。

仔细研究守门员算法，如图2所示，如果利用球的历史轨迹算法预测，球的轨迹将与球门上限柱相交，则守门员守在交点处，则下限柱处，在[pointy，downy]内成为守门员的“死角”。

双球员射门算法(Double-player shooting algorithm)

首先，引入射门成功率公式[5-6]：

Shoot-Success公式：

F(d, ,f, ) {

（8） 1 f 1 1 [1 ]}(1 d)2 fmax (1 d) (1 d)2 1

其中，d为射门球员与对方球门的垂直距离； 为射门球员对对方球门的视角；f为射门球员自身的能力值； 为对方球员对射门球员的干扰值，演示如图3所示。

图2 守门员的死角

Figure 2.Goalkeep’s dead corner.

图3 射门成功率公式演示

Figure 3.Demo of shooting success rate

在此基础上提出双球员射门算法：

（1）判断球的位置(ballx,bally),选取最佳射门球员Ra，考察守门员Rg位置(homex,homey)，求得球距球门距离d，根据球员坐标算出仰角 ，取经验值f和 ，代入射门成功率公式计算，如果最终计算的值没有达到标准，采用传球算法。否则，转步骤3

(rby ray)(rax ballx) rax,rby)(ray bally)（2）球员Rb跑到预测位置A，这时根据1.3(

所述守门员算法，守门员应在球员Ra附近，或向Ra奔去。球员Rb处于守门员“死角”，射门。

（3）判断球的距离d，若d dis 直射，否则推射。

根据此算法，即使守门员发现有球员Rb接应传球，仍然无法拦截，因为若拦截球员Rb,给球员Ra留下空子，仍然是“死角”。如图4所示为双球员射门算法演示。

由于双球员可以成功绕过守门员，使得射门成功率极高。

使用射门成功率公式分析，双球员射门，通过关键的一传，使得球距球门距离d大大减小，仰角 变大，对方球员干扰 减少，使得最终值变大，即射门成功率大大提高。

图4 双球员射门示意

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