基于URWPGSim2D 仿真新平台之抢球大作战的策略分析

为了能在抢球大作战比赛过程中使我方机器鱼处于一种积极主动的状态,针对2013年中国水中机器人大赛2D仿真抢球大作战项目的新平台和新环境,从比赛策略和顶球算法2方面进行研究,提出了基于区域划分法的机器鱼顶球算法,对我方的2条机器鱼的运动进行了分工和优化。实验结果表明,该新型比赛策略是比较有效的。     

抢球大作战策略优化

根据水中机器人水球比赛仿真器2D版软件比赛平台下的机器鱼顶球所具有的速度和连贯性,对抢球大作战项目中机器鱼的进攻和防守策略进行优化。研究抢球大作战项目里的顶球函数,分析上下半场两机器鱼的协作能力,使机器鱼达到"动静结合"的效果,使我方的机器鱼一直处于主动状态,对方机器鱼处于无球或没有好球可抢的境地,并以实例进行仿真实验。实例结果表明,该策略能使机器鱼抢到更多的球。     

机器鱼仿真水球斯诺克比赛策略

针对中国水中机器人大赛中2D仿真机器鱼水球斯诺克项目,从比赛策略和控制方法 2方面进行研究。介绍仿真平台及斯诺克项目,给出机器鱼对目标球及最佳球洞的选择策略,提出一种基于虚拟区域法的路径规划方法,对仿真机器鱼的运动进行控制。实践结果表明,虚拟区域法在路径规划上是有效的。     

水中机器人2D 仿真的策略优化

针对现行水中机器人2D仿真1vs1比赛中的顶球算法以及策略的不足,提出一种教学建模和区域划分的方法。介绍一种新的基于区域的自适应顶球策略,即在顶球的过程中,将比赛场地分成若干区域,并在算法中采用有限自动机,不同的策略可自适应地应用于不同的区域中。实验结果证实：优化后的顶球算法配合区域划分策略能够实现更快速有效地进球,同时也提出了现有平台的优化建议。     

基于区域划分的抢球博弈策略

为解决抢球博弈项目中机器鱼路径规划问题,提出一种基于区域划分的抢球博弈比赛策略.针对该项目的特点,将水池划分为守球区、对战区和盗球区3大区域,通过优先判断水球所处区域,再判断机器鱼所处区域,进而执行相应动作的策略.实验结果表明:该策略可行性高,简单高效,已成功应用于2016年国际水中机器人大赛中,大大提高了进球效率.     

机器鱼水球比赛中精确与模糊协作顶球策略

为使机器鱼的顶球兼备精确性以及在鱼脱离预定轨道的情况下尽可能使水球朝有利于我方进攻方向偏离,提出一种精确与模糊协作的顶球策略。在分析以往顶球算法的基础上,设计一种以水球与目标点连线为基准的区域划分,综合考虑理想情况以及水中各种复杂因素影响后的鱼、球以及目标点的相对位置和几何关系,合理组合路径规划算法和动作决策算法,并以实例在符合路径规划条件和不符合路径规划的条件下进行测试。实验结果表明：该算法能最大限度地利用机器鱼目前所处的环境,使机器鱼的顶球兼备精确性和模糊性。     

一种2D 仿真水球5VS5 比赛策略

针对水中机器人2D仿真水球5VS5比赛的规则,提出一种有效的多鱼协作带球与抢球方法。从速度控制、方向控制、顶球动作和智能反应4个方面进行单鱼动作设计,在此基础上进行简化后增加特殊角度的设计,采用动态顶球点和动态最优位置来设计协作带球,并通过＂领域智能算法＂进行协作抢球。分析结果证明：该策略能提高机器鱼之间的协作,并在2012中国机器人大赛2D仿真水球5VS5项目中取得了亚军。     

一种水中机器人协作顶球策略

针对国际水中机器人大赛全局视觉组水中协作顶球项目,提出一种有效的多鱼协作顶球方法。从速度控 制、方向控制、多鱼协作和顶球动作4 个方面制定整体策略,进行特殊位置的设计,让机器鱼交替顶球,并经过反 复测试。测试结果表明：该策略能提高机器鱼的顶球效率,更加有效地完成比赛任务,已在2018 年国际水中机器人 大赛中获得冠军。     

基于动作决策的机器鱼顶球算法

为了使机器鱼的顶球兼备速度性和连贯性并提高进球效率,提出一种基于动作决策的顶球算法。在分析典型的顶球算法的基础上,设计了机器鱼5种简单动作,依据机器鱼、球和对方球门的坐标几何位置关系的设计决策机制来选择机器鱼下一步动作,并在机器人水球比赛平台上进行了单鱼顶球实验进行算法验证。实验结果表明,该算法能大大缩短一次进球所需要的时间。     

水中机器人2D 仿真水球斯诺克策略优化

基于URWPGSim2D仿真平台,提出一种新型的比赛策略和顶球算法。介绍2D仿真水球斯诺克现有的比赛策略、顶球算法,给出优化后的比赛策略,根据速度性和连贯性,提出一种自动换挡的机器鱼顶球算法,并以实例对优化后的比赛策略和顶球算法进行仿真实验。实验结果表明：优化后的比赛策略的稳定性有所提高,使顶球更加平稳快速。     

半圆形尾鳍机器鱼在水球竞赛中的点到点路径规划算法

为增强机器鱼在比赛中的机动性和顶球的高效性,对机器鱼尾鳍形状进行改装,并对2种点到点路径规划算法进行分析。在实验观察基础上,借鉴对鱼类运动机理研究的成果,将机器鱼的尾鳍形状由半月形改变成半圆形,增大了机器鱼的推进能力。结合水球比赛不同项目的要求和特点,以及机器鱼尾鳍形状改装后运动性能的变化情况,从理论上给出2种点到点路径的设计思路,并针对比赛中存在的实际问题提出了解决办法。根据实际需求,可在单鱼顶球的比赛中选用齿轮法,而在单鱼或多鱼对抗中,则可选用角度修正法。     

2D 仿真水球搬运策略

针对2D仿真水球搬运项目,在传统搬球策略的基础上,对机器鱼能够在尽可能短的时间内完成搬运过程提出了一种策略。策略中设计出了带球到后方函数 PoseToPose()与带球函数 Dribble()。采用了双球搬运策略,策略中的判断设计采用了赫夫曼树的思想。实验结果表明：该策略能灵活调用先完成任务的鱼,大大缩短搬运的总时间,增加了策略运行的稳定性。在实际应用上取得了较好的效果。     

一种基于中垂线路径规划的仿真机器鱼射门算法

为提高仿真机器鱼在进攻过程中的射门效率和准确度,减少水波和敌方对仿真鱼的干扰[1],设计一种基于仿真鱼的刚体中心点和仿真水球中心点连线的中垂线的射门路径最优路径规划算法[2]。介绍中垂线路径规划最优射门算法,分析算法用于射门存在的问题,给出射门算法改进的基本思路,提出算法的实现方法,并以实例进行仿真及效果评价。该算法已成功应用于机器鱼水球比赛1vs1、3vs3、水球斯诺克等中。实际应用结果表明:该算法实现简洁巧妙,进攻效率高而且抗干扰强,能使机器鱼在最短的时间内寻找一条合适路径然后顶球射门[3]。     

基于位置反馈的多机器鱼编队控制

为实现多机器鱼的队形控制,在图论队形控制理论的基础上引入一种基于位置反馈的队形控制策略。介绍参考机器鱼的概念,在任一时刻都设定一个保持不动的参考机器鱼,其它机器鱼则根据当前参考机器鱼的位置及机器鱼之间的信息交互来调整其相对位置,使多机器鱼系统在有限时间内实现任意队形的形成。在水下机器人2D仿真平台上进行实验,并给出不同情况的实验结果。仿真结果表明：该方法整体性好,鲁棒性强,抗干扰性强,计算简单,可实现任意队形。     

一种机器鱼水球仿真比赛裁判自动控制系统

针对水下环境的不确定性以及策略算法调试困难等问题,设计一种机器鱼水球仿真比赛裁判自动控制系统。介绍其系统框架,通过机器鱼运动学建模得到机器鱼位姿,对机器鱼进行运动控制仿真、扰动控制仿真、碰撞处理仿真、对比赛进程进行自动控制仿真等。系统并提供了实体机器鱼水球比赛相关控制接口及接口扩展功能等。结果表明,该系统能为水球仿真比赛过程中出现的犯规情况、比赛进程控制、进球判断、比赛特有规则等提供了有效的控制处理方法,还可扩展到水球仿真比赛的其他项目,或3D仿真和实体仿生机器鱼水球比赛控制系统中。     

一种全局"水中救援"比赛策略

针对水中机器人水球比赛中的水中救援项目,提出一种全局"水中救援"比赛策略.基于比赛规则的要求,制定了机器鱼救援的整体策略及路径规划,并设计了以尾部甩动的 Hammer 函数算法,替代了比赛中常用的头部撞击算法.实践结果表明:该策略提高了机器鱼成功撞倒目标的概率,在 2013 年 RoboCup 中国机器人大赛全局视觉组的水中救援比赛中取得了亚军.     

基于机器视觉区域处理技术的水中机器人定位方法

为解决水中机器人比赛易受比赛场地光线不均匀的影响而导致的机器人识别错误或丢失问题,提出一种基于区域处理技术的水中机器人定位方法。该方法综合利用直方图统计和区域处理方法对第一幅图像进行图像预处理、去背景操作,对机器人进行粗略定位,在得到的机器人区域中将色标分割出来,得到包括鱼的位置坐标和方向在内的各项信息。而后续图像的处理则主要采用区域处理方式,通过不断地修正机器鱼的位置信息,利用上帧图像的参数对本幅图像进行简化处理。结果表明,该方法能将光线等因素的影响降到最低,在一定程度上弥补了现在比赛平台色标识别上的不足。     

基于状态变化的机器鱼水中角力策略

针对水中机器人水球比赛中的水中角力项目,提出了一种基于状态变化的水中角力策略。为了在相同力量的作用下产生最大的位移,根据机器鱼和呼啦圈的不同位置确定了最佳的进攻方向和顶球点。当两者的状态发生改变时,对于选择快速进攻还是最佳进攻位置的问题,通过实验得到快速进攻的策略为最佳。在"2013年Robo Cup中国机器人大赛"全局视觉组的水中角力比赛中,使用该策略的参赛队取得了亚军。     

一种机器鱼仿真平台场地与动态实体的实时绘制方法

为了解决水中机器人竞赛URWPGSim2D仿真平台1．0版本中无法进行比赛场地的自适应缩放,以及不便于实时提供碰撞检测所需的实体坐标信息等问题,提出一种机器鱼仿真平台场地与动态实体的实时绘制方法。设计比赛场地与动态实体绘制的实现思路,并根据实体机器鱼的游动模型设计仿真机器鱼的外观及运动形态,使仿真平台中的场地以及所有的动态实体的大小都可根据实体机器鱼比赛场地的尺寸进行等比例缩放及显示。同时,新平台中还提供了动态实体、静态实体的实时位置信息,以便平台中其他模块的调用,并且针对碰撞检测的需要提供了各个实体边缘位置的坐标数据。实践结果证明：该方法能将实体机器鱼的比赛场景实时、逼真地表现在URWPGSim2D仿真平台2．0中。