Descrição da Equipe SirSoccer para a Categoria

IEEE Very Small Soccer

Asafe A. Lopes, Bernardo Barbosa, Christian Mury, Johnathan F. Rosa,

Matthew Balanda, Lucas M. Moreira, Oscar Neiva, Renato L. Paula,

Eduardo Krempser e Alberto T. Angonese

Laboratório de Sistemas Inteligentes e Robótica � SIRLab

Faculdade de Educação Tecnológica do Estado do Rio de Janeiro � FAETERJ/Petrópolis

Resumo

Este artigo descreve o resultado do trabalho feito pela equipe SirSoccer de futebol derobôs, categoria Very Small Soccer. Aqui estão descritos os testes feitos com protótipos, estesque foram tomados como base para o projeto pleno.

Palavras-chave: Futebol de robôs, IEEE Very Small Soccer, Robótica

1 Introdução

A Faculdade de Educação Tecnológica do Es-tado do Rio de Janeiro - FAETERJ, localizadano município de Petrópolis - RJ, possui o cursode Ciências da Computação, em que, além dasdisciplinas tecnológicas previstas no currículo,os alunos também participam de eventos e cur-sos, que contribuem para a sua formação pro�s-sional. Dessas iniciativas surgiu o Laboratóriode Sistemas Inteligentes e Robótica (SIRLab),com a intenção de proporcionar um ambientepara o ensino da computação física, robótica einteligência computacional. A equipe SirSoccerfoi formada no inicio deste ano, com o objetivode desenvolver uma plataforma de futebol derobôs para participar na categoria IEEE VerySmall Soccer da Competição Brasileira de Ro-bótica em 2013 [2].

A IEEE Very Small Soccer, é uma catego-ria de futebol de robôs que proporciona o es-tudo e a aplicação em diversas áreas, como porexemplo: robótica, visão computacional e es-tratégias de controle, que são empregadas no

desenvolvimento de sistemas cooperativos quedevem atuar em um ambiente altamente dinâ-mico, utilizando sistemas híbridos de controle.

O sistema computacional utiliza uma câmera�xada a 2m acima do campo dos robôs e dabola no campo. O sistema é executado emum computador localizado fora do campo, oqual envia comandos de arbitragem e posicio-namento para os robôs, baseando-se na infor-mação visual. O computador desempenha oprocessamento necessário para a coordenação econtrole dos robôs. A comunicação é sem �o eutiliza transmissor/receptor de radio frequên-cia. O sistema de visão funciona como o re-ceptor de informações do estado do jogo, dife-renciando os elementos do jogo (bola, robôs ecampo) pela suas cores. A divisão de estratégiaelabora quais serão as decisões tomadas pelosrobôs, para as mais diversas situações que po-dem ser enfrentadas. Após tomada a decisãoe realizada a atuação por parte de cada umdos jogadores, outra posição é captada pelacâmera, e o ciclo de processo de informaçõesocorre novamente.

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Além da introdução , este trabalho está or-ganizado em 4 outras seções. Na seção 2 e 3 osrobôs e o sistema de visão utilizados são des-critos, respectivamente. Na seção 4, o sistemade controle é apresentado e por �m na seção 5o trabalho é concluído.

2 Os Robôs

Os robôs da equipe SirSoccer (Figura 1, pas-saram por diversas arquiteturas diferentes, eapós serem testados, chegou-se a uma plata-forma mais estabilizada para ser usada na com-petição. Na arquitetura primária encontrou-seproblemas com o torque do motor e montagemdo eixo. Fez-se então investimentos em motoresdiferentes, e o estudo de uma nova arquitetura.

Figura 1: O Robô

As posições que foram escolhidas para o aco-plamento de placas de controle, dispositivos derecepção de sinal e motores visam a reduçãoda interferência eletromagnética entre estes ele-mentos, e evitam super aquecimento dos mate-riais que os constituem.

Os motores são da marca Pololu R© (Figura2) [4] de 6 volts, com caixa de transmissão in-tegrada para ampliar o torque. A relação detransmissão é de 75 : 1, que resulta em um tor-que de 0, 21N.m. Também optou-se pelos mo-tores Pololu por serem de corrente continua, e aconsequente facilidade de controle e uso dessesmotores.

O robô utiliza a plataforma open-source Ar-

Figura 2: Motor Pololu R©

duino Uno R©[7] (Figura 3), placa que possuidimensões compatíveis ao tamanho dos robôs.O Arduino Uno R© é programável na linguagemC, e seu compilador possui diversas bibliote-cas, com funções utilizadas no controle de robôsautônomos. A placa Arduino R© pode expandirsuas funções por meio de outras placas, que po-dem ser empilhadas nele, os shields.

Figura 3: O Arduino R©

Nos robôs da SirSoccer utilizou-se o shield daDFRobots R© [8], este que aciona o driver dosmicromotores. Também fez-se uso do XBee R©

(Figura 4) [1], que encontra-se acoplado ao shi-eld, e recebe as informações do sistema de con-trole. O Xplorer R© envia a decisão tomada, pelosistema de controle, via wireless para o XBee R©

[3]. Após a decisão ser tomada pelo Robô umanova imagem é captada pela câmera, entra-seentão no contexto da visão computacional.

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Figura 4: O XBee R©

3 O Sistema de visão

O sistema de captura de vídeo faz uso de umacâmera, localizada a aproximadamente doismetros acima do campo. A câmera é conec-tada a um servidor de processamento de ima-gem, que é usado no reconhecimento dos obje-tos envolvidos no jogo. O mecanismo de visãocomputacional ultilizado pela SirSoccer é o Ro-boCup SSL Multi-Cam [9], implementado emlinguagem C++.O sistema RoboCup SSL ultiliza o Qt toolkit

da Nokia, que faz o processamento de imagensparalelamente, sendo transmitidas para o ser-vidor. No servidor, os dados de imagem sãoarmazenados em um ring-bu�er, tipo de arma-zenamento que é organizado em lista cíclica delinks (cyclical linked list). E o armazenamentoé realizado em base de dados XML. Entretanto,o SSL-Vision não executa movimentos de ras-treamento ou suavização.O RoboCup Multi-Cam é usado na SSL, por-

tanto a equipe fez ajustes aos moldes da VerySmall Soccer (VSS) para conseguir utilizá-lo,para isso testou-se o aplicativo num campo comas dimensões da VSS. Viu-se ser viavel o usodeste na competição, e mais testes têm sidofeitos pela equipe.

4 O sistema de controle

Tomou-se como base para a estratégia de con-trole a metodologia de campos potenciais, que

foi aplicada para o controle da movimentaçãodos robôs. A base de dados são as imagenscaptadas pelo sistema de visão, que iterativa-mente detecta a posição de cada robô e da bola.Cria-se assim as possibilidades durante o jogode chegar-se ao objetivo, o gol.

O campo potencial ultilizado na implemen-tação baseou-se na metodologia proposta em[6], em que os robôs são atraidos para a bola eposteriormente para o gol. Na implementaçãofoi desenvolvido um campo potencial atrativo,no qual considera-se (Xr, Yr) como as coorde-nadas do robô, (Xb, Yb) como coordenadas dabola e (Xg, Yg) como as coordenadas do pontomédio do gol. Tomados esses pontos, pode-secalcular as distâncias entre o robô e a bola e abola e o gol pelas equações

drb =√(Xb −Xr)2 + (Yb − Yr)2

dbg =√(Xg −Xb)2 + (Yg − Yb)2

A direção entre o robô e a bola é dada por

θ = tan−1

(Yb − YrXb −Xr

)Após isso são calculados os gradientes de

atração ∇Xr e ∇Yr pelas seguinte regras:

1. Se d < R então ∇Xr = ∇Yr = 0

2. Se d > R+ s então∇Xr = αs cos(θ) e ∇Yr = αs sin(θ)

3. Se R ≤ d ≤ R+ s então∇Xr = βR cos(θ) e ∇Yr = βR sin(θ)

onde R e s são o raio do ponto de atração e aárea de in�uência, respectivamente.

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5 Conclusão

Por meio dos estudos realizados para a IEEEVery Small Soccer, a equipe adquiriu expe-riências descritas neste artigo. Sejam essasas mais triviais necessárias para maquilaçãodos robôs, quanto as requeridas para a cri-ação da estratégia de navegação. O uso dametodologia de campos potenciais foi bemaceita pela equipe, mostrando-se resultadosadequados quando aplicado num jogo de fute-bol de robôs autonomos [5]. Assim espera-seobter resultados satisfatórios na referida com-petição.

6 Agradecimentos

A Faculdade de Educação Tecnológica do Es-tado do Rio de Janeiro, Petrópolis, pelo patro-cínio.

Referências

[1] ZigBee Alliance. www.zigbee.org.

[2] CBR:Competicao Brasileira de Robotica.Disponivel em: <http://cbrobotica.org/>.acessado em: 22 de agosto de 2013.

[3] Digi. XBee R©/XBee-PRO R© RF Modules,2011.

[4] Pololu: Robotics & Ele-tronics. Disponivel em:<http://www.pololu.com/catalog/product/2361>.acessado em: 22 de junho de 2013.

[5] EDSON BERNARDES FERREIRA FI-LHO. Desenvolvimento de um time de fute-bol de robôs categoria ieee very small size.2013.

[6] Michael A. Goodrich. Introduction poten-tial �elds tutorial, 2002.

[7] ARDUINO: Arduino HomePage. Disponi-vel em: <http://www.arduino.cc>. aces-sado em: 20 de maio de 2013.

[8] DFRobots HomePage. Disponivel em:<http://www.dfrobot.com/index.php>.acessado em: 22 de junho de 2013.

[9] Stefan Zickler, Tim Laue, Oliver Birbach,Mahisorn Wongphati, and Manuela Veloso.Ssl-vision: The shared vision system forthe robocup small size league. In RoboCup2009: Robot Soccer World Cup XIII, pages425�436. Springer, 2010.

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