第一章 緒論
1.4 文獻探討
人競賽越來越熱門，去年的 FIBA 競賽也在台灣高雄舉辦，也讓足球機器人 的研究引起少不少人的興趣。關於國內的足球機器人研究，中興大學俞伯璋[29]
採取 RoboCup 小型機器足球賽架構，以 Small-size 賽制來當做研究主題，發展出 一套機器足球整合系統，並用利用模糊控制器來作為機器人的驅動引擎，藉由基 因演算法來訓練模糊控制器的參數，使機器人沿著最佳化路徑踢球和防守。台灣 大學梁兆鈞[30]發展智慧型多重足球機器人系統，探討足球動力學的推導與分析，
足球機器人運動控制系統，在小腦模式關節控制器(CMAC，Cerebellar Model Articulation Controller)的架構上發展三對三足球機器人賽，並使用決策樹(decision tree)轉換為功能對等的法則庫系統以及類神經網路來進行分析及比較。
成功大學的林祺鋒[33]利用機器人動帶式切換策略，分為三個階層:1.策略層:
根據球場上的狀況事先擬定應變行為;2.行為層:依據場上情況將機器人分為攻擊 與防守模式;3.個別層:在行為層之後，上層中的防守模式在此區域為守門員行為模 式，攻擊模式在此區域為隊友行為模式。淡江大學旦瑞城[32]也針對足球機器人 的模擬討論比賽策略，包含避障、傳接球與射門。同校的劉秋毫[31]討論五隊五 機器人足球系統的策略設計與群隊控制，成員 1、成員 2 固定為前鋒、成員 3、
成員 4 固定為中鋒，成員 5 為後衛。台灣師範大學的陳思羽[34]利用戴克斯托來 取得較佳的路徑規劃來增加足球技器人競賽的勝率。南台科技大學的許藝鐘[35]
除了使用蟻群演算法及平均法來求得規劃的路徑，並使用足球員與球之距離等資 訊規劃球員角色的任務。
1.5 論文架構
本論文共分為五個章節，其大綱內容如下：
第一章 緒論：包含研究的背景與動機、研究目的、流程、文獻探討及論文 架構。
第二章 FIRA 仿真足球賽的介紹：FIRA 的簡介與規則介紹、還有模擬器 Rober Soccerv1.5a 介面的詳細說明。
第三章 研究方法：包括了足球員移動的方法、執行避障的路徑、足球機器 人角色任務的設定，以及角色分配策略的機制。
定，以及足球機器人分層決策的規劃。
第四章 實驗結果與討論：包括模擬實驗的說明，及實驗結果分析。
第五章 結論與展望：詳述本研究的結論並提出未來可以繼續發展的方向。
第二章 FIRA 仿真足球賽的介紹
2.1 FIRA 簡介
1997 年 6 月，第二屆微機器人足球比赛(MiroSot97)在 KAIST 舉行期間，國 際機器人足球聯盟(Federation of International Robot-soccer Association，FIRA)正式 成立。之後 FIRA 每年都會在全世界舉辦一次機器人世界盃比赛(FIRA Cup)，同 时也舉辦學術會議(FIRA Congress)，供参赛者們互相交流機器人足球研究方面的 經驗和技術。FIRA 於每年舉辦世界盃機器人足球賽的時間地點如表 2-1。
表 2-1 歷屆世界盃機器人足球賽時間地點總表
屆 大會名稱 大會日期 舉辦地點
1 MiroSot'96 Korea 1996.11 Dacjeon 2 MiroSot'97 Korea 1997.6 Dacjeon 3 1998 FIRA Cup France 1998.6 Paris 4 1999 FIRA Cup Brazil 1999.8 Campinas 5 2000 FIRA Cup Australia 2000.9 Rockhampion 6 2001 FIRA Cup China 2001.8 Beijing 7 2002 FIRA Cup Korea 2002.5 Busan,Dargu 8 2003 FIRA Cup Austria 2003.9 Vienna 9 2004 FIRA Cup Korea 2004.10 Busan 10 2005 FIRA Cup Singapore 2005.12 Singapore 11 2006 FIRA Cup Germany 2006.7 Dortmund 12 2007 FIRA Cup USA 2007.6 San Francisco
2.2 FIRA 足球賽規則
本節將對 FIRA 聯盟的足球機器人賽事做簡單介紹。本研究使用的是 FIRA 聯盟 SimuroSot 的足球機器人模擬軟體，使用模擬器來模擬足球機器人在球場上 的真實情況。
一般而言，足球機器人的實體架構主要可以分為 CCD 影像處理，主控電腦，
無線傳輸，足球機器人等，首先 CCD 攝影機會先擷取球場上的全域動態影像，
經由主控電腦在影像處理中確定相對位置，得知我方機器人的座標，敵方機器人 的座標及球的座標，再根據規劃好的足球機器人策略，將訊號經由無線傳輸傳給 足球機器人來進行動作。足球機器人的實體架構圖如圖 2-1 所示。
CCD攝影機
主控電腦
無線傳輸
藍隊足球機器人
黃隊足球機器人 球
圖 2-1 足球機器人實體架構圖
FIRA 聯盟舉辦的足球機器人比賽主要分為七大類，各類的區分為使用機器人的 規格(人形或輪型機器人)與競賽環境(場地大小、比賽用球)的不同，以下為七類比 賽的簡介：
1.HuroCup (Humanoid Robot World Cup Soccer Tournament)：人型機器人
機器人的高度必須低於 150 公分，重量不能超過 30 公斤，機器人數量為 3 台，場地大小為 340~430 公分 x 250~350 公分，競賽道具有網球、資料夾、桌球、
CD。遙控或是自主活動皆可。
2.Amire robot：迷你機器人
機器人的尺寸為直徑 11 公分，機器人數量為每隊 1 台、3 台或 5 台，場地大 小為 200 公分 x 140 公分，競賽道具為壁球或白色高爾夫球。
3.MiroSot (Micro Robot World Cup Soccer Tournament)：微型機器人
MiroSot 分為中型組(Middle League)的 5 人及大型組(Large League)的 11 人，
機器人的尺寸限制為 7.5 公分 x 7.5 公分 x 7.5 公分，機器人重量不能超過 650 公克，場地大小中型組為 220 公分 x 180 公分，大型組為 400 公分 x 280 公分，
競賽道具為橘色球。
4.NaroSot：超微型機器人
NaroSot 類似 MiroSot，機器人數量為 5 台，但是機器人的大小必須要在 4 公 分 x 4 公分 x 5.5 公分以內，場地大小為 130 公分 x 90 公分，競賽道具為橘色 乒乓球。
5.AndroSot：微型人型機器人
機器人的尺寸為大於 50 公分，機器人數量為每隊 3 台，場地大小為 220 公分 x 180 公分，競賽道具為橘色球。
6.RoboSot：中型機器人
機器人的長寬限定在 20 公分 x 20 公分以內，高度則無限制，機器人數量為 每隊 1 至 3 台，場地大小為 260 公分 x 220 公分，競賽道具為黃綠色網球。可以 使用一台主機來控制或是機器人自主活動。
7.SimuroSot：模擬機器人
機器人以人數分為中型組(Middle League)的 5 人及大型組(Large League)的 11 人，使用電腦環境模擬比賽。
本論文所使用的競賽組別為第七組 SimuroSot 模擬機器人，其對應的實體比 賽為 MiroSot (Micro Robot World Cup Soccer Tournament)的模擬版本。其 MiroSot 所使用的實體足球員如圖 2-2。
圖2-2 MiroSot實體足球機器人圖 (圖片來源:http://www.fira.net/[23])
SimuroSot模擬組的優點在於容易執行比賽，可以排除實體組MiroSot硬體所 帶來的誤差與損壞，例如視覺系統帶來的定位誤差與通訊系統的相互干擾。此外，
利用SimuroSot模擬時所使用的策略，亦可以套用在MiroSot來執行，是個很方便 來檢測執行策略的研究平台。
MiroSot 與 SimuroSot 的比賽場地為黑色不反光木質長方形場地，其尺寸為 220 公分 x 180 公分的平面，外牆為高 5 公分、厚度 2.5 公分的白色側壁圍牆，
圍牆頂部為黑色，以及 7 公分 x 7 公分等腰三角形的四個角落避免球進入角落。
圖 2-3 FIRA 機器人足球賽場地示意圖
比賽場地標示如圖 2-3 所示，中場直徑是 50 公分。作為罰球區的圓弧沿球門 線長 25 公分，垂直於球門線 5 公分，足球場上的直線均為 3 公分寬的白線。球 門寬 40 公分，球門線位於球門前長 40 公分的直線。罰球區(圖 2-3 Region A，Region B)包括球門前 80 公分 x 35 公分的長方形區域及其附屬的弧形區域。
2.3 Robot Soccer v1.5a 模擬器簡介
Robot Soccer v1.5a 模擬器是由國際機器人足球協會聯盟(Federation of International Robot-soccer Association，FIRA)所開發的模擬真實輪型機器人軟體，
軟體可從 FIRA 官方網站 http://www.fira.net/ 中點選 Robo Soccer--> SimuroSot -->
選擇 5 vs. 5(middle League)或 11 vs. 11(Large League)模擬器。
圖 2-4 FIRA 官方網站 SimuroSot [23]
此模擬器的系統要求為
RAM 256 MB
螢幕解析度 800x600
Microsoft Windows 98,2000,XP 以上的 OS
TNT2 3D Graphics accelerator with 32MB of RAM
Direct x 8.0
SimuroSot 的比賽，是提供參賽者一個設計好的平台，由參賽雙方將寫好的 足球機器人策略程式放入平台後，即可進行比賽，與其他類型的實體機器人比賽 相比，它扣除了影像及通訊方面和環境對比賽的影響，以及機器人本身的強韌性，
只針對足球機器人的策略來競賽，而模擬平台中可模擬真實的環境，使比賽就像 是真實機器人在踢足球一樣。
2.4 模擬器介面說明
開啟模擬器執行檔，右側為主要選單，左側為比賽球場區域。如圖 2-6 所示。
圖 2-6 Robot Soccer v1.5a 3D 模擬器介面
本實驗主要是使用 5 vs. 5(middle League)模擬器來進行實驗模擬，模擬時分 為兩隊，於軟體介面球場右方為藍隊，左方為黃隊，分別將兩隊的策略程式載入 模擬器之後即可進行比賽。安裝後可於 C:\Program Files\Robot Soccer
v1.5a\Strategy Source 下編寫 C++程式語言，在 C:\Strategy 裡的 blue 資料夾和 Yellow 資料夾裡執行，或是於 C:\Strategy 裡直接編譯 Lingo 程式語言。
如圖 2-6 所示，右側主要選單內又分為策略選單，時間/比分選單，比賽選單，
重複播放選單，裁判選單等。
2.4.1 主要選單 (The Main Menu)
1.STRATEGIE：點擊此策略選單來選擇兩個隊伍的策略。
2.Free Ball/ Place Kick/ Penalty/ Free Kick/ Goal Kick/
Yellow Ball/ Blue ball：犯規和判罰按鈕–裁判可以由這幾 個按鈕判某一隊伍犯規，並判令一隊伍擁有球權。此部分
將於 2.4.6 節的裁判選單作詳細介紹。
3.START：點擊此按鈕開始比賽。
4.TIME：比賽進行的時間。
5.SCORE：比分。
6.TIME/SCORE：點擊此按鈕進入時間和比分的設定選單，
可以調整比賽時間和比分。
7.NEW GAME：開始新的一場比賽。
8.HELP：點擊此按鈕可進入使用說明手冊。
圖 2-7 主要選單
2.4.2 策略選單 (The Strategies Menu)
點擊 STRATEGIES 後會出現 Blue(藍色隊伍)和 Yellow(黃色隊伍)，Blue 和 Yellow 的右側有 C++ 的 DLL 檔或 Lingo 的 text 檔可選擇其一載入模擬器，選 擇後再按 Send 按鈕載入模擬器即完成。
點擊 Open Viewer 可以看到比賽中球與球員的場上 位置資訊。如圖 2-9 所示。
圖 2-8 策略選單 圖 2-9 足球機器人場上資訊
2.4.3 時間/比分選單 (The Time / Score Menu)
如果需要更改時間或比分，裁判可以使用這個介面做 調整。
1.-1Min/+1Min/ -1Sec/+1Sec：裁判可以點擊按扭來調 節時間，每次增加或減少一分鐘，或是加減一秒鐘。
2.Time：顯示調整後比賽進行了多少時間。
3.Score：修改比分。
圖 2-10 時間/比分選單
2.4.4 比賽選單 (The In Game Menu)
比賽進行中，於下方會有比賽選單， 為進入重複播放的選單(2.4.5 The Replay Menus)， 為比賽暫停， 為中止比賽並回到主要 選單讓裁判判定分數。比賽選單如圖 2-11 所示。
圖 2-11 比賽選單
2.4.5 重複播放選單 (The Replay Menus)
當按入 之後就進入到重複播放選單，重複播放選單主要是讓使用
者選擇觀看比賽的視角，介面如圖 2-12 所示。
圖 2-12 重複播放選單
重複撥放選單說明如下：
1.球視角：此視角為跟隨球移動的視角。
2.正面俯視視角：與比賽時的球場畫面相同。
3.藍隊球門視角：觀察者位於藍隊球門後方觀看的視角。
4.黃隊球門視角：觀察者位於黃隊球門後方觀看的視角。
5.藍隊球門俯視角：觀察者位於藍隊球門後上方觀看的視角。
6.黃隊球門俯視角：觀察者位於黃隊球門後上方觀看的視角。
6.黃隊球門俯視角：觀察者位於黃隊球門後上方觀看的視角。