【直面机器人足球竞赛中的核心问题】 机器人足球竞赛
目前，有关青少年机器人制作的赛事不少，其中，机器人足球是大家较为喜爱且十分火爆的竞赛项目。许多教练员总是在硬件上下工夫，追求强力且高堵转值马达、高转化率的大功率驱动板和稳定的传感器等。尽管这些工作是至关重要的，但由于器材上的升级牵涉太多方面，所以在通用的基本结构基础上，本文重点就如何设计程序加以阐述。
防守机器人
对于机器人足球竞赛来说，有些教练员会沉迷于华丽的进攻，殊不知防守才是重点。不良的防守不仅会给对手更多进球的机会，还可能产生乌龙球。因此在“矛”与“盾”的关系中，应以后者为先。那究竟要如何评价“盾”呢？按照中国科协2011年的竞赛规则，在对方只有一台进攻机，自己一台防守机时，能保证全场不进一球，防守就是高效的。比赛中共有4台机器人参赛，会有各种各样复杂的情况发生，而对于程序研究者来说，只能在单纯的环境中保证万无一失，所以下面我将就各种因素分别展开讨论。
1.指南针的控制
指南针作为方向定位的重要传感器，时刻要担负着使防守机器人角度归零的重要任务，以保证防守机器人面对前方。以下是我根据2009年中国科协竞赛规则自编的一段代码，当机器人处于15°～45°的调整位置，使指南针值归零。这里的“零”不是一个值，而是指一个范围，也就是机身正对敌方即可。
while ( (b!=9999)&&(b>=0)&&(bGuanKan ) /**发现球**/
{
break; /**跳出循环**/
}
b = GetCompassB(_COMPASS_1_);/**读指南针值**/
if ( b>15&&bGuanKan )
/**角度已经转到位或发现球**/
{
SetMotor(_MOTOR_left_, 1, 30); /**左马达停止 **/
SetMotor(_MOTOR_right_, 1, 30); /**右马达停止 **/
SetMotor(_MOTOR_front_, 1, 30); /**前马达停止 **/
SetMotor(_MOTOR_back_, 1, 30); /**后马达停止 **/
break; /**跳出循环**/
}
SetMotor(_MOTOR_left_, 2, 70);/**以离15°最近的方向以70速度转动**/
SetMotor(_MOTOR_right_, 2, 70); /**以离15°最近的方向以70速度转动**/
SetMotor(_MOTOR_front_, 2, 70); /**以离15°最近的方向以70速度转动**/
SetMotor(_MOTOR_back_, 2, 70); /**以离15°最近的方向以70速度转动**/
SetCentiS(5); /**预留5％秒完成动作**/
}
经验表明，指南针是很可能出错的，因此，在程序开始端必须将出错情况排除。图1中将0°～360°分成9个区，其中0°≤b≤15°和345°≤b≤360°这个区域已经是正向面对敌方，无需再做调整。建议这个范围还可以稍大些。过于严格的范围虽然会带来准确性，但更大的可能是使机器人处于不断的调整之中。同理，在调整过程中也要保留宽松的出口条件，程序行if(bGuanKan)中b值就控制在20°，而不是区域分界值15°。
2.测距模块（超声波测距或红外测距）的优化
机器人要获取自身所处的位置和目标位置，就需要测距传感器进行定位。指南针归零后，就要马上移动到目标位置。一般情况下，机器人共有4个测距模块（也可以是3个），安装于机身的前后左右。笔者试图安装过8个，并求出算术平均值，以期得到更精确的数据，但事实上，过多的传感器会给机器人带来犹豫，更别说其存在的耗电问题。对于防守任务来说，快速回到球门是至关重要的。因此，后测距变量的值要根据停在球门前的适当位置来确定，宽松的条件是很重要的，不能因为追求准确而浪费了回防时间。不仅如此，后测距一定要优于左、右和前测距，回防动作要预留一定的运行时间，保证动作的完成（或部分完成），再顺序执行其他模块，所以程序中应选择循环语句，而不是条件语句。
3.误差的规避与出错的引导
任何传感器在应用中都存在误差甚至错误，这是不可避免的。在实际中，我们可以通过硬件挑选和程序设计来规避风险。
（1）传感器的挑选
许多指导教师常常一旦发现传感器有误差，就将其立即更换，却发现越换越差，事倍功半。其实，要规避传感器的误差，首先要了解传感器的技术参数。在日常训练中，笔者都会要求学生对传感器进行测试。这种测试不是简单地凭感觉进行草率评价，而是要用数字说话――画检测图。
以Sharp芯片组的红外测距为例，在产品的标贴中，就已经明确说明其有效测试距离在8cm～80cm，距离越远，红外数值越小。特别是当距离小于8cm时，其读取数值不变小，反而增大，也就是所谓的盲点。通过绘制红外值与距离的关系图，就可以发现产品的优劣。图2的曲线接近于线性，没有突变，特别是在10cm～100cm区间，红外值依次递减，说明其测距效果更佳。
（2）出错的引导
在竞赛中，经常会出现防守机器人在一个位置（死角）卡住并对来球无反应的情况。这在2011科协规则中被定义为“损坏”的机器人的一种，会被罚移出场外。此时，对于防守方极为不利。发生这种情况的原因较为复杂，除了程序设计有问题外，也不能排除传感器出错的因素。笔者曾试图用读取系统时间的方式来解决，也就是该状态出现150毫秒后，就重新读值或执行命令，代码如下。
SetSysTime(0); /**设置系统时间**/
while (1)
{
t = GetSysTime();/**读取系统时间值**/
if ( t>150 ) /**当时长超过150毫秒**/
……/**执行命令**/
}
4.不出黑区
为了适应竞赛规则的不断变化，防守已经从攻防兼备发展到纯防守，也就是说不出黑区（图3中的“罚球区”）。最常见的方法是，通过读取地面灰度的颜色值作为回黑区的判断条件。那么，当对方来球时，防守机器人却因上一次推球而部分机身出了黑区，接下来是要优先返回黑区还是处理推球程序呢？如果执行返回黑区，就可能会在调整过程中露出空门。如果执行推球，也会因为防守机器人没有调整到位而造成推球方向错误，最终导致防守失败。
本文为全文原貌 未安装PDF浏览器用户请先下载安装 原版全文 要解决这个问题，灰度阀值定为多少才合理呢？如果发现机器人不断地在黑区内前后左右移动，并且对来球不敏感，就要把灰度阀值调大些。此外，再配合使用后红外测距判断机器人是否已经离球门较远，如果是，则执行返回程序。这样调整灰度阀值可以加“油门”，后红外测距可以踩“刹车”，操作起来就游刃有余了。
进攻机器人
在自身拥有了严密的“盾”后，“矛”就应该出场了，毕竟足球竞赛是要求胜的。那如何评价进攻机器人的优劣呢？简单地说，当进攻机器人面对空门（无人防守）时，能够快速进球，就是好的进攻。这个“快速”的具体时间值要根据其位置不同而变化。下面，就进攻程序与参数值进行具体分析。
1.分清左右
很难想象一台无法分清左右的进攻机器人能够获胜。足球在机器人的左边，机器人就要通过位置调整，把球向右推向对方球门，若反之，则向左推。这样，才有可能高效地快速进球。
一般情况下，人们都是利用地面灰度来帮助机器人确定左右，最多配合使用红外测距。但在日常训练中，我们发现其判断的准确率较低，这与周围光线有一定的关系，也可能与追球模块有关。后来，我们尝试使用复眼模块来确定位置，通过复眼的22个通道（从0到10为前半圆，11到21为后半圆）所读到的红外值的差别，并利用库函数EyeChMax()来获取火焰最大值的通道号，来确定足球的相对位置（图4），代码如下。
void eye_s(void)
{
ch1=EyeChMax();/**ch1为最大红外值的复眼通道号，也就是离球最近的通道号**/
if(ch120) flag=4; /**此时通道号为0和21，球就在左边4号位**/
else if(ch1>=1&&ch1=4&&ch1=7&&ch1=10&&ch1=12&&ch1=15&&ch1 本文为全文原貌 未安装PDF浏览器用户请先下载安装 原版全文