2D 仿真水中机器人花样游泳动作研究与实现

针对2016年最新的花样游泳比赛规则,对2D仿真水中机器人花样游泳动作进行研究与实现.简要介绍比赛规则,对规则中所规定的统一主题以及关键标准动作设计进行研究分析,给出相应的实现策略及方法,并通过多次实践进行验证.验证结果表明:运用该策略后机器鱼造型稳定优美,在2016国际水中机器人大赛2D仿真花样游泳比赛中获得一等奖.     

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。     

一种2D 仿真生存挑战比赛策略

针对国际水中机器人大赛中水中机器人2D 仿真生存挑战的比赛规则,提出一种对于“躲避鱼”有利的 绕障回避策略。以栅格法的区域简化来划分场地区域实现分而治之,并结合实际情况使区域间实现动态转换策略。 实践结果表明：运用该策略可使“躲避鱼”更有效地进行回避,使仿真机器鱼更灵活地在场地间移动。     

基于URWPGSim2D 仿真新平台的花样游泳策略

针对2016国际水中机器人大赛花样游泳项目的URWPGSim2D仿真新平台,提出仿真机器鱼的位姿变化、路径规划、规定动作和自由动作的实现策略.为完成在规定时间内实现规定动作和自由动作的大赛要求,采用分时准备的思想,提出动态判断调整函数和跟随距离函数算法,设计多个主题鲜明、具有创意的动作,并通过多次实验验证.实验结果表明:该策略能解决多条仿真机器鱼协作配合困难的问题,具有较高的观赏性.     

基于URWPGSim2D平台的机器鱼稳定性及路径规划

水中机器人水球比赛2D仿真平台URWPGSim2D是对水中机器人进行仿真测试的平台,由北京大学智能控制实验室组织开发,真实模拟仿真机器鱼各个关节的位姿变化,运动状态变化及机器鱼水球比赛运行等状况.基于 URWPGSim2D 平台提供的策略,经过大量实验对比,对水中机器人在仿真环境下的稳定性进行深入研究,意在提高水中机器人的稳定性,从而提高仿真比赛项目策略的健壮性,进而为未来实体水中机器人奠定良好的算法基础.该策略实现的比赛程序在2016年国际水中机器人大赛中荣获二等奖,表明了策略的有效性.     

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URWPGSim2D仿真新平台的水中搬运的策略优化

针对2016国际水中机器人大赛水中搬运项目的URWPGSim2D仿真新平台,为提高传统比赛策略的效率,对其进行优化.设计仿真机器鱼的方向算法和最短运动距离的算法,采用多种算法和函数动态分析鱼的运动路径,运用星型网状判断思路,综合考虑多种情况,从而最大程度上避免失误.实验结果表明:该策略能高效率完成比赛任务,很大程度上缩短完成比赛的总时间,大大提高策略的稳定性.     

2D 仿真5VS5 防守策略研究

为提高水中多机器鱼协作能力,针对国际水中机器人大赛2D仿真水球5VS5项目,提出应对当前主流的进攻方式的防守策略。对于直线型进攻方式,提出"勺子型"防守策略;对于勺子型进攻方式,提出"破勺子型"防守策略。结果表明:该策略能很好地完成防守任务,其调整跟踪函数也能做到非常好的实时跟踪。运用该策略曾经在2012年中国水中机器人大赛上取得过亚军。     

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2D 仿真抢球博弈策略优化

基于国际水中机器人大赛2D仿真抢球博弈项目,针对仿真机器鱼路径规划问题提出弧切算法,设计仿真机器鱼的运动轨迹,并由角速度档位划分确保仿真机器鱼运球的稳定性.以距离角度值为基础提出死角避险、双鱼协作合力顶球算法,意在实现仿真机器鱼快速、高效进球,从而提高策略的健壮性,并通过URWPGSim2D仿真平台对策略进行验证.实验结果表明:该策略可以在较短时间内取得较大分数领先,并且呈现出高效、稳定的优点.     

基于任务规划的多机器鱼协作策略

为解决2D仿真机器鱼比赛中多鱼对抗项目的任务分工、整体合作及实时动态调整问题,提出基于多机器鱼协作任务规划原理的协作策略。根据机器鱼自身完成任务的能力和效率,将给定的任务分解和分配,按照各比赛项目的特征分别采取不同的协作策略:对2vs2采用群协作分配方式,5vs5项目采用集中分配方式,并设计了三鱼协作队形以提高动作的有效性。仿真结果表明:该协作任务规划方法可增强多鱼的协作能力、动态调整能力和进球率,较好地满足了多机器鱼系统的控制要求。     

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。     

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。     

基于二次区域划分的机器鱼比赛策略

为提高机器鱼顶球的快速性、连续性以及顶球效率,提出一种基于二次区域划分的比赛策略。在分析经典顶球算法的基础上,从球和球门的相对位置出发,将场地进行区域划分;针对不同的区域,再根据鱼、球和对方球门的坐标几何位置关系进行动态区域划分,据此决策出最优的顶球算法完成进攻,并在机器鱼比赛平台上对设计的策略进行具体验证。实验结果表明:该策略是有效、可行的,不仅能缩短进球时间,还能做到有效防守,增强本队竞争力。     

一种划分特殊与一般的抢球博弈策略

为了进一步提高机器鱼在抢球博弈项目中的进攻效率,提出一种划分特殊与一般的比赛策略.在区域划分的基础上,从鱼与水球的距离及相对位置出发,划分特殊情况与一般情况,独立处理特殊情况后,针对一般情况,根据球与球门的距离远近及所处区域,利用动态规划思想,选出机器鱼最先要进攻的球与球门,并在机器鱼比赛平台上对设计的策略进行具体验证.实验结果表明:该策略是有效、可行的,实现了各种情况下最佳水球的选择,大大缩短了抢球博弈中多次进球所需要的时间.     

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。     

基于抢球博弈的逃生策略

为解决抢球博弈中出现“鱼卡死于球门内”的问题,提出“七点”和“五点”避障逃生法。根据鱼池大小和球门位置划分不同区域,采取关键点,基于机器鱼和得分球的动态位置设计2种不同的逃生方案,并对比特殊情况和一般情况下执行策略的效率。结果表明：该策略不仅可行,而且方便高效,已成功应用于2015年中国机器人大赛,在比赛中为参赛队获得更多的抢球时间。     

一种2D 仿真机器鱼1vs1 比赛的模糊策略

针对2D仿真机器鱼1vs1比赛中采用的传统策略的不足,提出一种新的模糊控制策略。在分析目前比赛策略存在的问题的基础上,对机器鱼和水球之间在各种位置和距离情况进行分析,并介绍了该策略相比于其它传统策略的优点。实践结果表明：该策略编写的比赛程序在实际应用中取得了较好的效果。