武术擂台赛无差别组机器人目标搜寻策略

李志凌，周 灿，董国刚，郭新亮，邓本再

(长沙理工大学，长沙410076)

1 引言

以中国机器人大赛武术擂台赛为背景设计，着重介绍无差别组武术擂台赛机器人运动路径控制策略设计。

2 机器人概况

武术擂台赛机器人采用四轮驱动结构，金字塔外形结构，机器人装有10个红外传感器和4个灰度传感器。

机器人红外传感器分为两组，每组5个，分别横向一列装在机器人前方和后方用于前后向测距。4个灰度传感器分别装于机器人四周底部，用于判断机器人自身位置及擂台边缘。传感器分布图如图1所示，带阴影的方块为红外传感器，黑色方块为灰度传感器。

图1 传感器分布图

3 搜寻路径控制策略分析

控制策略是机器人进行比赛的灵魂，在攻防外形合理的情况下，运用恰当的控制策略，有助于机器人赢得比赛胜利。在比赛过程中，机器人要时刻判断自身在搏击过程中所处境遇的优劣，及时做出调整，通过进攻、防守策略的选择来巩固优势或扭转劣势。由于比赛时间有限，可能出现双方机器人僵持的局面，此时要以推下棋子的数量来判定比赛胜负。因此，机器人并不能仅仅停留在场地中心位置消极防守，要在搏击过程中设法推下尽可能多的棋子。

因此，机器人的目标搜寻控制软件设计必然包含以下功能:

(1)能实时侦测自己和敌方在场地上的位置;

(2)可以分辨敌方机器人和障碍棋子;

(3)未侦测到对象时的情况处理。

临床上，鱼腥草常被用于治疗猪、马、牛等动物的急性胃肠炎、阑尾炎、胃炎等消化系统类的疾病。当天气变化多端、气候环境比较恶劣的情况下，动物患大肠杆菌引起的痢疾病较为常见，虽然该病造成动物死亡的几率不高，但是会对动物的生长起到抑制的作用，同时长期不治愈还会诱发动物患有其他的疾病，而在临床上使用鱼腥草喂食动物当天会看到显著的效果，通常3 d能治愈[4]。

3.1 环境判断

武术擂台赛的赛台如图2所示，台上表面即为擂台场地。底色从外侧四角到中心分别为纯黑到纯白渐变的灰度。机器人可以通过装在底部的灰度传感器来检测赛台上的灰度值从而确定自己在擂台上的位置。

根据擂台特征将其分为几个区域:区域1为安全区，机器人可以在安全区域内全速运行;区域2为警戒区，由于靠近赛台边缘，在这一区域内机器人要采取一定的措施防止掉下擂台;区域3为危险区，在赛台四个角上的区域，灰度没有太大差别，机器人很难识别，因此最好不要进入这一区域。

图2 擂台区域图

3.2 目标判断

在擂台上，目标只有两种可能，不是棋子就是对方的机器人。有两种方法可以用来判断对象，一种是利用宽度判断对象，根据机器人调整方向后，检测到目标的红外传感器数量可以区别出对方机器人或棋子。若检测到目标的传感器数量低于3个，则为棋子;若大于等于3个，则为对方机器人，如图3所示。

另外一个方法就是利用目标高度进行判断，由于棋子和对方机器人的高度是有差别的，可以通过调整相应红外传感器的高度，利用高度不同的传感器检测对象，从而达到判断目标的目的。若只有低处的传感器检测到对象，则为棋子，若高低传感器都检测到对象，则为对方机器人，如图4所示。

图3 用宽度检测对象示意图

图4 用高度检测对象示意图

3.3 运动路径选择

竞赛中如何以最快速度且在最大保证自身安全前提下，搜寻到对方机器人，从而有效调整攻击策略将对方打下擂台，是获取比赛胜利至关重要的一环。针对武术擂台比赛场地和规则特点，对机器人的目标搜寻运动路径分析如下:

(1)按照图5(a)所示路径，机器人每次前进运动到达危险区域时就旋转一个角度，然后继续前进，这样的运动路径不稳定，随机性太强，具有很大的盲目性。

(2)若以图5(b)的圆圈形作为搜寻路径，这种路径是最简单的，除了中心目标可能被忽视之外，是寻找目标最快的一种方式。但是这种路径始终都是保持着侧面面向场地中心，容易被对方进行侧面攻击，而机器人的侧面往往是防御最弱的地方，所以这种方案不可取。

(3)图5(c)中的米字型搜寻路径，因为机器人正背两面都装有红外线传感器，所以在走“米”字时均能对行进方向和反向进行检测，而且始终都是正面或者背面面对擂台中心，相对来说安全性是最高的。

4 实验与调试

根据前面的思路，设计的程序流程图如图6所示。

给出的参考程序如下:

}//每次前方灰度传感器到达中心区域旋转0.1S(S旋转一个角度设定值)，然后倒退出中心区域，直到前方灰度大于145，同时执行前方进攻和后方进攻。

}//每次后方灰度传感器到达中心区域旋转0.1S(旋转一个角度)，然后倒退出中心区域，直到前方灰度大于145，同时执行前方进攻和后方进攻。

图5 不同搜寻路径示意图

图6 程序流程图

分别用“米”字型路径和无规律路径进行推棋测试，记录两种不同路径下推完棋子所用时间，如表1所示。

表1 “米”字型路径和无规律型路径推完棋子所用的时间

5 结束语

无规律型路径不定因素太大，失控性高，推棋所需时间波动太大，侧面面对擂台中心的情况较多，危险性高。“米”字型路径相对来说稳定性更高，推棋所需时间波动小，且时刻保持前向或者后向面对擂台中心，安全性很高。所以相对随机路径来说，“米”字搜寻路径运动控制策略效率更高，安全性更好。

文中对无差别组机器人比赛中机器人的搜寻路径控制策略作了详细介绍，着重提出了在无攻击对象时机器人执行的走“米”字型策略，提高了机器人推棋子的效率和行进过程中的安全性，具有一定的参考价值。

［1］ 杨学军，丁盖盖.防守型武术擂台机器人的研究与实践［J］.机器人技术与应用，2009(4):44-46.

［2］ 李卫国，王志刚.攻击型武术擂台机器人的研究与实践［J］.机器人技术与应用，2009(4):41-43.

［3］ 孙旭日，周桔蓉.武术擂台机器人的研究与实践［J］.中国水运，2012，12(10):89-90.

［4］ 郝俊青.武术擂台赛机器人的设计策略［J］.科技情报开发与经济，2009，19(9):124-126.