队形变换
学生摸线往返跑
一、教学内容：1、学生摸线往返跑
2、小游戏：赶球接力
二、教学目标：提高学生身体素质，增强学生的下肢力量以及全身的协调性，培养学生的荣誉感和集体主义精神。
三、教学重难点：
重点：学生快速起跑以及快速制动。
难点：制动以后的转身瞪地起跑。
四、教学步骤：
（一）准备部分：
1、整队集合。
2、清点并报告人数。
3、安排见习生。
4、宣布本次课内容。
（二）开始部分：
1、学生围绕篮球场边线跑圈。
2、准备活动：1——7节，组织（略）
3、摸线往返跑：
（1）、教师讲解动作方法：站在起跑线后，做好起跑姿势，听到教师发出的起跑口令以后迅速想终点跑去，临近终点线是，采用跨步急停的动作方法制动，降重心，手摸线。瞪地腿用力瞪地转身返回起跑线。
组织如图：
XXXXXXXXXXXXXXXXXXX
XXXXXXXXXXXXXXXXXXX
Δ
XXXXXXXXXXXXXXXXXXX
XXXXXXXXXXXXXXXXXXX
（2）、学生做摸线往返跑的练习。
组织如图：
XXXXXXXXXXXXXXXXXXX
XXXXXXXXXXXXXXXXXXX
XXXXXXXXXXXXXXXXXXX
XXXXXXXXXXXXXXXXXXX
起跑线综点线
（3）、老师纠正学生的错误动作，学生再次做往返跑练习。
组织（略）
4、小游戏：赶球接力
（1）、老师讲解游戏规则：（略）
（2）、组织学生进行赶球接力游戏：（略）
三、结束部分：
1、教师小结本次课情况。
2、归还体育器材。
3宣布下课。
前滚翻
蹲踞式跳远
学习内容：蹲踞式跳远
学习目标：在合作学习中改进蹲踞式跳远动作
重点：能在相互帮助中不断改进动作，使动作连贯协调有力。
学习步骤：
一、游戏活动，活跃情绪
教师活动：1、组织学生常规训练
2、提出游戏要求，组织学生进行游戏活动。
学生活动：1、体育委员整队，检查出席人数。
2、两人一组进行热身游戏：剪刀、石头、布
3、分组进行游戏：蜜峰采蜜
组织：四列横队、分组游戏
二、合作探究，改进技术
重点：能在相互帮助中不断改进动作，使动作连贯协调有力。
教师活动：1、引导学生分类分组，布置目标任务。
2、巡回观察、指导，及时为学生找出不足。
3、组织学生交流，观看，了解不足与改进方法。
学生活动：1、按教师的引导自主地找到适合自己的伙伴，了解目标任务。
2、合理地利用场地器材进行辅助练习改进自己的动作，伙伴间要不断提示动作要求以改进动作。
3、认真观看跳得好的同学的动作，从而找到自己的不足继续练习，进一步体验连贯动作。
组织：分组练习
三、展示、评价、放松
教师活动：提出评价要求，组织学生小组评比
引导学生交流评价。
组织学生放松，调节身心
学生活动：每小组选出2名学生参加评比
根据评价标准，合理地对展示的同学生进行评价
由一位学生带领进行放松。
组织：转坐在沙坑边
教学内容：1、前滚翻2、游戏
教学目标：
1、认知：了解本课的练习方法，能初步了解前滚翻动作的技术要求
2、技能：通过本课练习，使85%以上的学生正确掌握前滚翻动作
3、情感：学生能积极参与练习，并能大胆尝试高难度动作
4、负荷：中
教学过程：
1、课堂常规
2、教师宣布本课内容
1）激发学生兴趣：小游戏（炮伐）
（1）、教师讲解游戏方法和规则，并请一位同学协助老师完成示范动作
（2）、组织学生分散练习脚夹沙袋射击的动作方法，提示学生要快速收腹举腿
（3）、组织学生进行比赛
组织：两人一组，相隔1.5米至2米远
2）前滚翻
（1）、教师组织学生自发式练习滚翻动作
（2）、教师讲解前滚翻技术动作（举例说明）
①、前滚翻动作分解动作：1、蹲撑，两手撑垫，两脚蹬地
2、屈臂，低头，使头后部、肩、背、腰依次着垫
3、背部着垫时抱小腿团身
4、起立成立正姿势
重点：滚动圆滑，直线滚动
难点：蹬地有力，头后部着垫
实验：教师拿一只有气的篮球和一个正方形物体进行比较
实验原理：该实验向我们展示了球状物体更容易向前滚动。因此，要做好前滚翻，必须做到团身紧，滚动圆。
（3）、学生分组练习，小组长带领，教师巡视指导
3、稳定情绪放松身心
（1）、随教师提示完成放松动作
（2）、教师点评本课（3）、归还器材（4）、师生再见
教学内容：传球接力
教学内容：跨过障碍绕过障碍游戏：突破重围
教学目标：
1、认知目标：使大部分学生了解过障碍的技巧、方法。
2、技能目标：提高跨跳奔跑能力，发展灵敏、协调素质。
3、情感目标：培养学生勇敢、顽强、克服困难的意志品质。
教学过程：
过程一：
1、内容：课堂常规游戏：突破重围
2、教师行为：
(1)师生问好，检查学生服装，安排见习生。
(2)情景导入：同学们对红军的二万五千里“长征”了解吗？好，今天，就让我们做一次红军。“突破重围”：分成两组（男、女），每组选两个人作“国民党”，其他学生作“红军”，“国民党”手牵手去抓“红军”，“红军”尽最大努力躲过抓捕，被抓到的同学就要变成“国民党”，再去抓其他的“红军”，直到全部抓完。只有两边的人才可以
抓人，中间的同学不可以抓人，只可以帮这拦住，让两边的人抓。范围：每组篮球场半场。不许出界，否则算被抓。找几个人示范后进行游戏。
3、学生行为：体委整队，听从老师分配，进行游戏。在抓捕的过程中注意安全，不让
学生跑出篮球场这个范围。
教师用语言加以鼓励、引导，“快跑啊，敌人追来了”，“你们真不错啊！真
棒啊！”，“冲啊！向那边冲啊！”。。。。。。
过程二：
1、内容：跨过障碍
2、教师行为：
(1)集合整队，小结：你们表现的都很好啊！老师讲过了，中间的人不可以抓你们
的啊！你们要加以利用啊！
(2)情景导入：红军由于敌人疯狂围剿，被破走上了两万五千里长征。在长征中有
很多困难，需要你们去克服，你们有信心吗？
(3)将学生分成四组，选一人当队长，让学生讨论后摆放障碍物。（垫子、篮
球、呼啦圈、凳子）
(4)学生试跑一次后,讨论调整摆放位置进行比赛（三局两胜）。
3、学生行为：
(1)站队听老师讲解，理解老师主要的目的。
(2)讨论后摆放障碍物，看看怎么摆放能跑的快一些。
(3)试跑后讨论，调整后进行比赛。
给学生几分钟讨论，看看为什么输和赢。（引导、培养学生勇敢克服困难和团队
合作的集体主义精神）
过程三
1、内容：绕过障碍
2、教师行为：
(1)组织学生站回上个游戏开始的地方，并让输的两组收拾他们的器材（垫子、篮球、
呼啦圈、凳子），放到一边。
(2)情景导入：现在有很多红军同志被捕了（输的两组），你们（胜利的组）要去救
他们，他们被关在敌人的兵营里，你们要“绕”过障碍物（垫子、篮球、呼啦
圈、凳子）去营救他们，击手掌后一起跑回来，跑回来后站到队尾，不能碰障
碍物，如果碰到就不能救人了，而且要站到人质那里等别人来救你了。
(3)找几个人跑一次后组织比赛（三局两胜）。
3、学生行为：
(1)站队听老师讲解，理解游戏方法。
(2)找几个人试一次后进行比赛。
让学生体会到同学之间相互帮助。
过程四：
1、内容：放松、小结。
2、教师行为：放音乐。归纳、小结本节课情况，给学生鼓励，组织学生收拾器材。
3、学生行为：跟随音乐做放松，参与评价本节课小结，收拾器材。
4、组织形式：散点，围绕老师进行。
器材：垫子四块、篮球四个、呼啦圈四个、凳子四个、录音机一台
教学内容：穿过小树林
目的:1、通过本次课的学习，使学生进一步掌握队列队形的方法与技巧。
2、培养学生遵守课堂纪律，听从指挥的习惯，明确个人和集体的关系。
3、培养学生变向跑的能力和克服困难的精神。
一、课堂常规：
1、整队、师生问好、报告人数、检查服装。
2、宣布课的内容和任务。
二、准备活动：
1、小游戏；“抓人”
2、小型徒手操。
3、专项准备活动。
组织：四列横队，体操队型
教师讲解课堂要求和任务、带领学生一起做游戏、讲解徒手操的动作和要求。
5、师生一同练习。
一、队列队形训练：
1、集中注意力联系；
2、快快集合；
3、稍息、立正、向右看齐；
4、变换队形；
1、教师讲动作方法和要领、做正确的示范、找好学生做表演、分组练习。
重点：动作自然，协凋准确。
难点：重心前后稳定，节奏一致。
二、游戏：
穿过小树林；
规则：1、必须站在起跑线后，拍手后才能起跑。
2、不得碰到下树，如碰到扶起后才能其跑。
1、教师讲解游戏方法和规则。
2、教师做正确示范。
3、教师做正确评定胜负。
1、学生认真听游戏方法和规则。
2、学生练习和比赛。
3、分组比赛。
一、放松；
二、小结；
三、下课
场地设计
八个小木柱；四个标志物；
教学内容：1. 互射、 2. 4-5分钟定时跑
教学任务：1.通过互射游戏，培养学生灵敏、反应和掷准能力
2.发展学生耐力素质，提高耐久中的能力。
教学过程：
一、准备部分：
1.开课式。
2.队列练习：横队、纵队齐步走。
3.准备活动：慢跑两圈，徒手操6节。
二、基本部分：
1.游戏：互射
(1)方法：将参加游戏的分为人数相等垢甲，乙两队各队分散站在本队的场地内。游戏开始，先由甲队用沙包向乙队投击，乙队接住或沙包回击。击中对方身体得 1 分。在规定的时间内，得分多的队为胜。
(2)规则：1.投击和躲闪必须在场内进行。
2.只准投击头以下部分。
(3)注意事项：
1.在场上画几似排球场地，视人数多少分成双数组进行比赛。
2.教师要启发学生互相配合巧妙用沙包击中对方，要求学生集中注意力，善于判断及时躲闪。
3.根据情况可以增加沙包数目，提高学生积极性。
2. 4-5分钟定时跑
(1)动作：4-5分钟定时跑上一种规定时间的耐力跑。开始练习时，可用中等以下速度匀速跑动，坚持跑完4-5分钟。在此基础上还可采用变速跑，以在规定的时间内跑完的距离越长越好。跑时，用全脚掌着地，然后过渡到前脚掌后蹬离地，动作要轻快，步幅要均匀，呼吸要有节奏。
(2)讲解示范。
(3)练习方法：成纵队集体练习。
(4)注意事项：教师随时观察学生情况，对体弱学生要区别对待。
三、结束部分：1.整理放松。2.小结、讲评。4.下课。
对队形控制的思考
第20卷第6期 V o l .20N o.6 控 制 与 决 策 Con trol and D ecision 2005年6月 June 2005 收稿日期:2004206204;修回日期:2004208230. 作者简介:任德华(1976—),男,四川眉山人,博士生,从事智能机器人、多机器人系统等研究;卢桂章(1938—),男, 广东广州人,教授,博士生导师,从事智能机器人、信息自动化系统等研究. 文章编号:100120920(2005)0620601206 对队形控制的思考 任德华,卢桂章 (南开大学机器人及信息自动化研究所,天津300071) 摘 要:首先指出多机器人队形控制研究要解决的主要问题,并较为完整地阐述了当前国内外相关研究的状况.然后总结了队形控制的各种研究方法,并指出当前队形控制研究中存在的一些问题以及在实际设计队形控制系统时应考虑的问题.最后指出了今后的研究方向.关键词:多机器人系统;队形控制;合作控制中图分类号:T P 24 文献标识码:A Th i nk i ng i n formation con trol R EN D e 2hua ,L U Gu i 2z hang (Institute of Robo tics and Info r m ati on A utom atic System ,N ankai U niversity , T ianjin 300071, Ch ina . Co rrespondent :R EN D e 2hua ,E 2m ail :rdh @m ail .nankai .edu .cn )Abstract :A n introducti on in the field of m ulti 2robo t fo r m ati on contro l is p rovided w ith a focus on the vari ous m ethods that have been put fo r w ard by researchers .T he w o rk s had been done in the field are review ed .T he vari ous m ethods are described and compared .T he som eth ing that is m issing in current research and the facto rs that m ust be considered in designing a m ulti 2robo t fo r m ati on system are po inted out .A t last ,the directi ons of further research are p ropo sed . Key words :m ulti 2robo t system ;fo r m ati on contro l ;cooperative contro l 1 引 言 队形控制的思想起源于人们从生物界观察到的现象:处于弱势的一方围成一定的队形将老弱者保护起来,并抵抗另一方的攻击;捕食者组成一定的队形协助捕食猎物.这种队形是动物合作的一种方式,以利于自身生存. 对于机器人系统而言,多机器人之间保持一定的队形具有以下优点:1)能充分获取当前的环境信息,对于实现侦察、搜寻、排雷、安全巡逻等有利.单个机器人的传感器获取信息的能力总是有限的,如果每个机器人保持一定的队形,分工合作获取自己周围的环境信息,再进行信息融合,便可迅速准确地感知整个群体所在区域环境信息.2)在对抗性环境中能增强多机器人系统抵抗外界进攻的能力.3)在一些具体任务中,保持恰当的队形能加快任务的完成,提高工作效率.4)能提高系统的鲁棒性.另外从 某种意义上,飞行器或卫星等也可以看作机器人,因此研究多机器人的队形控制问题,对于飞行器或卫星等的编队也有指导意义. 基于队形控制的多机器人系统在军事、娱乐、生产等各个领域具有广阔的应用前景,自1990年以来受到众多研究者的广泛关注.特别是随着网络技术、通信技术、计算机科学等信息技术领域的长足进步,使得单个机器人的处理能力、感知能力、通信能力大大增加,并从实验室走向开放的自然环境,这为多机器人队形控制的研究提供了一个良好的平台.美国研究机构对队形控制的研究比较早,Geo rgia T ech M ob ile Robo t L ab 结合DA R PA 的U GV (unm anned ground veh icle )D em o 研究了基于行为的队形控制方法[1].U n iversity of Sou thern Califo rn ia 的Robo tics R esearch L ab 利用局部传感信息和交互进行队形控制[2].B righam Young
介绍3种经典的编队控制方法
1.介绍3种经典的编队控制方法, 即跟随领航者法、基于行为法和虚拟结构法。 2.包容了上述3种方法且基于图论的编队控制理论的研究成果，包括多智能体系统图论的建模，基于代数图论和基于刚性图论的多智能体编队控制律设计、编队构型变换等方面的研究成果。 3.与编队控制密切相关的一致性、聚集、同向、群集、蜂拥和包络控制的最新进展。 4.1)队形生成:多智能体系统如何设计并形成队形的问题; 2)队形保持:多智能体系统在运动中如何保持队形不变,即队形稳定问题; 3)队形切换:多智能体系统如何在队形间顺利切换,即由一种队形变换到另一种队形的问题; 4)编队避障:运动中遇到障碍时,多智能体系统如何改变编队运动规划或编队结构避开障碍的问题; 5)自适应:动态未知环境下,多智能体系统如何自动保持/改变编队以最好地适应环境的问题。 5.编队控制研究现状： （1）跟随领航者法： （2）基于行为法： （3）虚拟结构法： （4）基于图论法：图的顶点i< —35— 团队CGF 行进中的队形控制方法 郑延斌1,2，王 辉1 (1. 北京航空航天大学计算机学院，北京 100083；2. 河南师范大学计算机系，新乡 453002) 摘 要：分布式虚拟环境中，团队CGF 的行进问题是CGF 研究的基本问题，而行进中的队形保持问题又是行进问题研究的重点。在提出的团队组织模型CTOM 的基础上，给出了一种团队CGF 行进中队形保持方法。 关键词：团队CGF ；行进；队形；避障；速度；方向 Formation Control of CGF Team in Advance ZHENG Yanbin 1,2 , WANG Hui 1 (1. College of Computer, Beijing University of Aeronautics and Astronautics, Beijing 100083; 2.Dept. of Computer Science, Henan Normal University, Xinxiang 453002) 【Abstract 】In distributed virtual environment, the advance of CGF team is the main issue of CGF team researches. The maintaining of team formation in advance is the key issues of this problems. This paper proposes a method for maintaining CGF team formation. 【Key words 】Team CGF; Advance; Formation; Avoiding obstacle; Velocity; Direction 计 算 机 工 程Computer Engineering 第31卷 第14期 Vol.31 № 14 2005年7月 July 2005 ·基金项目论文· 文章编号：1000—3428(2005)14—0035—02 文献标识码：A 中图分类号：TP391.41 1 问题的提出 行进是虚拟环境中CGF(Computer Generated Forces)所具备的基本功能，是CGF 完成复杂任务的基础。团队CGF 为了提供防御能力和进攻能力，在进行的过程中要保持一定的队形，这就是所谓的编队行进，编队行进问题是一个具有典型性和通用性的团队CGF 协调问题，是许多协调问题研究的基础。基于行为的编队控制方法可以分为两类：一是Brooks 的行为抑制法[2]，即在每一时刻，编队任务被具体化为某个子行为；二是Arkin 的控制变量的矢量累加方法[1]。即在每一个时刻，对3个子行为分别求出控制变量，然后进行矢量累加而得到综合的控制变量。这两类方法各有利弊，Brooks 的方法在每一时刻控制变量都有明确意义，但是由于不停地在各个子行为之间进行切换，控制结果不平滑，而完成任务所需要的时间较长；Arkin 的方法完成任务速度较快，但是控制意义不明确，而且把每个子行为平等看待，因此各个子行为之间相互干扰，从而影响了整体的控制效果[4]。 团队组织结构是团队协调、协作和协同工作的基础。因此，团队的组织结构在队形保持中起着重要的作用。本文给出一种基于团队组织结构的分层编队控制方法。该方法把整个团队队形分解为一些简单的子队形，分别由不同的成员维护，从而实现对整个队形的控制。 2 基于团队组织模型CTOM 的队形保持方法 基于文献[3]中的团队组织模型CTOM ，下面给出队形保持的方法。 2.1 准备 定义1 p Ag Ag ?×，,x y Ag ?∈，若p ∈(x ，y) （写 作x p y ） ，若在CTOM 中x 的Header 是y 。p 关系不满足自反性、对称性和传递性。其中Ag 表示团队中成员的集合。 定义2 团队中任意成员x 的Header 集合为：Header(x) = {y | x p y ，y ∈Ag}。 团队中每个成员可以有几个不同的Header 成员，表明该 成员可以属于几个不同的小组。在任意时刻它只能属于某一个小组。因此不失一般性，我们规定，集合Header （x ）中的元素个数为0或1，即每个成员最多有一个Header 。 定义3 团队中任意成员x 的Member 集合为Member （x ）＝{y|y p x ，y ∈Ag}。 推论1 ?x ，y ∈Ag ，x ≠y ，则Member(x)I Member(y) = Φ(空集合)。 定理1 团队CGF 组织（成员个数大于1）中不存在这样的成员x ，满足Header(x)= Φ且Member(x)= Φ。 定义4 层次Level 映射：Ag →?，?为自然数集。Ag 为团队中成员集合。?x ∈Ag ， Level(x) = 0; if Header(x) = Level(Header(x)) +1 if Header(x) Φ≠Φ?? ?； 定义5 (队形图) 一个团队CGF 的行进队形定义为G = 团队CGF行进中的队形控制方法