Simulação de Futebol de Robôs

Transcrição

1 Departamento de Engenharia Elétrica Simulação de Futebol de Robôs Aluna: Bianca Burgos Maron Orientadora: Marley Vellasco Introdução A inteligência computacional e suas aplicações em robôs inteligentes é uma área da ciência que tem crescido cada vez mais nos últimos anos. Essa ciência tem como finalidade projetar e construir máquinas e programas de computadores inteligentes e busca, através de técnicas inspiradas na Natureza, o desenvolvimento de sistemas inteligentes que imitem aspectos do comportamento humano, tais como: aprendizado, reconhecer padrões, percepção, raciocínio, dedução, inferência, evolução, autonomia e adaptação. A Inteligência Computacional vai além da perspectiva de compreensão do pensamento humano, pois também procura construir entidades artificiais inteligentes para a realização de tarefas como: decidir diante de incertezas, resolver problemas complexos (que envolvem muitas variáveis) e reconhecer objetos pela imagem. Um dos propósitos da Inteligência Computacional é a construção dos chamados métodos de apoio à decisão que consiste em qualquer instrumento que ajude o homem a tomar decisões em qualquer área do conhecimento humano e dentre varias outras áreas de aplicação como: controle de coloração e nível de tanques, controle de braço mecânico, sistema de analise de seguro saúde, crédito e risco bancário, previsão temporal e de carga elétrica, clusterização de banco de dados, classificação de clientes inadimplentes e controle de veículos e freios. O futebol de robôs é uma maneira de aprendizado e desenvolvimento das técnicas de Inteligência Computacional muito utilizada por estudantes e pesquisadores, pois abrange uma enorme área de conhecimentos e técnicas necessárias a serem aplicadas nos agentes em uma partida de futebol. Objetivos Este projeto tem como objetivo desenvolver técnicas de Inteligência Computacional através da implementação de sistemas multiagentes na simulação de futebol de robôs. Um sistema multiagente é um sistema composto por múltiplos agentes que exibem um comportamento autônomo, mas que ao mesmo tempo interagem ou trabalham em conjunto com os outros agentes presentes no sistema de forma a desempenhar determinadas tarefas ou satisfazer um conjunto de objetivos. A construção de agentes que controlam os robôs jogadores de futebol em ambientes simulados é uma tarefa complexa, pois envolve o deslocamento do robô dentro do campo, o controle do robô, que significa ter conhecimento de que lado é o gol adversário e onde estão

2 posicionados os jogadores do seu time e do time adversário, detectar a posição da bola, ir de encontro a ela e levá-la para o gol adversário, ou passa-la para outro jogador de seu time quando analisado ser esta a melhor opção para se fazer um gol. A criação de um time de futebol capaz de competir com outros times e obter vitória envolve muitas áreas do conhecimento, como a estratégia do jogo, a utilização de diferentes técnicas de inteligência computacional, a programação dos agentes e a simulação das jogadas dos times criados com outros times já existentes. Atividades O desenvolvimento deste projeto foi feito em parceria e conjunto com o aluno de doutorado Leonardo Mendonza como base e auxilio na sua tese defendida de mesmo tema, no qual trabalhamos juntos para que o mesmo pudesse ser realizado. Para a realização do time de futebol foi necessário pensar nos agentes atacantes responsáveis pelo ataque e na estruturação dos agentes de defesa, que consiste nos responsáveis por impedir que o time adversário alcance seu objetivo e o goleiro responsável por não deixar a bola entrar no gol. Foi de fundamental importância também pensar na estratégia do jogo que o time iria adotas em função do objetivo de ganhar o jogo. Para isto definimos o comportamento de cada um dos agentes que compõe o time e criou-se o algoritmo (elaborado pelo aluno de doutorado Leonardo Mendonza) baseado em Redes Neurais e Lógicas Fuzzy, que são técnicas de inteligência computacional, capaz de determinar as características necessárias para definir o comportamento que cabe a cada agente jogador de futebol, tornando possível a alteração do comportamento de cada agente e consequentemente a estratégia do time pelos métodos de aprendizado e evolução obtidos com essas técnicas. Para o desenvolvimento do algoritmo e para observar como este é aplicado na partida de futebol foi necessária a realização de simulações através de um conjunto de programas e pacotes Java, TeamBots, na área de sistemas multiagentes. Realizamos varias testes através das simulações para observar como o time criado se comportava jogando com o outro adversário. O ambiente TeamBots é distribuído com o seu código fonte aberto e é bastante flexível, suportando a execução de múltiplos robôs diferentes e com sistemas de controles heterogêneos, podendo ser criados também ambientes experimentais complexos, apenas editando os arquivos de configuração. O SoccerBots é o pacote de programas que roda na plataforma TBSim do TeamBots e é composto por aplicações em Java que objetivam o desenvolvimento de robôs moveis, usando uma configuração de futebol de robôs. É também o responsável por realizar as simulações da parte dinâmica das partidas e das dimensões do campo definidas pela liga da RoboCup de jogos de robôs de pequeno porte. A RoboCup é uma competição de futebol de robôs que será melhor explicada adiante. Segue abaixo figuras mostrando o ambiente TBSim e simulações realizadas:

3 Ambiente de simulação TBSim. Exemplo de simulação entre dois jogos. A seguinte fase das atividades foi a manutenção dos robôs. O laboratório adquiriu 10 robôs da categoria de pequeno porte de jogos de futebol, totalizando dois times, e foi necessário abri-los para que fossem trocadas algumas peças para poder darmos inicio às atividades praticas, que consiste na montagem do campo de futebol com as dimensões exatas especificadas pela RoboCup e treinamento dos robôs com o algoritmo criado já implementado no código do time escolhido. O objetivo do treinamento desses robôs, tanto na pratica quanto nas simulações é que possamos estar bem preparados para participar de competições que ocorrem no Brasil, e até mundiais, com os nossos times de futebol de robôs. RoboCup A RoboCup é uma competição desenvolvida com o objetivo do avanço na área de robótica e inteligência computacional através de uma competição amigável de futebol. O futebol de robôs de pequeno porte é uma liga da divisão da Robocup e está focada no problema da cooperação de multiagentes inteligentes e no controle em um ambiente altamente dinâmico com um sistema híbrido centralizado e distribuído. Nesta categoria a partida de futebol ocorre entre dois times de cinco robôs cada. Cada robô deve ter as dimensões especificadas nas regras: o robô deve caber dentro de um círculo de diâmetro de 180 milímetros e não deve ser maior do que 15 centímetros. Os robôs jogam em um campo de carpete verde que tem 6.05 metros de comprimento por 4,05 metros de largura, com uma bola de golfe laranja. Eles podem ser de dois tipos, aqueles com sensores de visão on-board locais e aqueles com visão global. Os robôs que adquirimos são os de visão global e usam uma câmera em cima e fora de campo para identificar e rastrear os robôs e como eles se movem ao redor do campo. A câmara superior é ligada a uma barra de 4 metros localizada acima da superfície do jogo. A informação da visão captada pela câmera pode ser processada no próprio campo pelo robô ou pode ser transmitida de volta para um computador fora do campo para ser processada. O computador de fora do campo é usado para a comunicação e transmissão dos comandos e informação da posição para o robô, representando a maior parte do

4 processamento necessário para a coordenação e controle dos robôs. Toda essa comunicação entre computador, câmera e robôs é feita sem utilização de fios, wireless, utilizando transmissores e receptores via radio. Segue abaixo algumas fotos demonstrativas dos robôs utilizados, das dimensões do campo, de uma partida de futebol e do sistema via radio: Sistema de comunicação entre robôs e computador. Dimensões do campo de futebol da RoboCup. Imagem ilustrativa do robô de pequeno porte. Partida de futebol. Imagem ilustrativa de alguns robôs da RoboCup

5 Conclusão Tendo como objetivo o desenvolvimento de técnicas de inteligência computacional através da aplicação em futebol de robôs através de multiagentes, chegamos à conclusão de que é possível fazê-lo sem a necessidade de termos maiores conhecimentos em linguagem Java e ainda assim elaborarmos sistemas de controles. Podemos também aplicar os nossos conhecimentos adquiridos com a pratica na vida real através dos jogos de futebol de robôs, podendo também transmitir e aprender novas técnicas através da busca e da pesquisa e também das competições com times de outras universidades que podem aprimorar muito o nosso aprendizado. Referências Bibliográficas BALCH, Tucker; TeamBots, Pittsburgh: [s.n], [200?]. Disponível em: < ou < ROBOCUP Robot World Cup. RoboCup Official Site, [S.l.: s.n.], out Disponível em:< CHLEI, Edson E. Uma linguagem para definição de estratégias de controle de times de robôs jogares de futebol em um ambiente simulado. Blumenau, Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Ciências da Computação) Universidade Regional de Blumenau. Disponível em: <