Estrutura da Apresentação

Transcrição

1 Construção de Equipas para a Sony Legged League do RoboCup Luís Paulo Reis lpreis@fe.up.pt LIACC Lab.. Inteligência Artificial e Ciência de Computadores FEUP Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto Estrutura da Apresentação ƒ Introdução ao Futebol Robótico ƒ Regras da Legged League ƒ Equipas da Legged League ƒ Construção de uma Equipa para a Legged League ƒ Conclusões Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 2 1

2 Introdução - Futebol Robótico Objectivos da Iniciativa RoboCup ƒ Projecto Internacional Inteligência Artificial (Distribuída) e Robótica Inteligente ƒ Futebol - tópico central de investigação: Jogo colectivo complexo e atractivo Enorme leque de tecnologias: ƒ Agentes Autónomos, Sistemas Multi-Agente Agente, Cooperação, Robótica,, Comunicação, Fusão Sensorial, Raciocínio em Tempo-Real, Aprendizagem, etc. Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 3 Introdução - Futebol Robótico Objectivos da Iniciativa RoboCup ƒ Objectivo do Projecto: Que em 2050, uma equipa de Robôs consiga vencer a equipa humana campeã do mundo! Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 4 2

3 Introdução - Futebol Robótico Perspectiva Global do Futebol Robótico ƒ Modalidades do RoboSoccer Simulação - SoccerServer Robots Small-Size Size Robots Medium-Size Robots Legged (Aibo da Sony) Robots Humanoides (demo) ƒ Desafios Associados Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 5 Plataforma Robótica AIBO -ERS220A ƒ Câmara Vídeo ƒ Microfone Stéreo ƒ Speaker ƒ Luzes (Leds( Leds) ƒ Bateria de Lítio ƒ Comunicação Wireless ƒ Sensores de Aceleração, Toque, Proximidade, Temperatura e Vibração ƒ Actuadores com 20 Graus de Liberdade: 1-1 Boca, 3-Cabeça, 3 2-Cauda, 2 1*2-Orelhas, 3*4- Pernas Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 6 3

4 A Bola e o Robô ERS210 Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 7 Introdução - Futebol Robótico A Liga Sony Legged ƒ Equipas de 4 robôs cães Sony AIBO ƒ Campo com 4*3m e Robôs com 30cm ƒ Robôs autónomos (comunicação só por áudio! Wireless em 2002) ƒ Visão, localização, locomoção e navegação muito complexos Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 8 4

5 Introdução - Futebol Robótico A Liga Sony Legged Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 9 Robôs com Pernas - Legged League Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 10 5

6 Introdução - Futebol Robótico A Liga Sony Legged Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 11 Estrutura da Apresentação ƒ Introdução ao Futebol Robótico ƒ Regras da Legged League ƒ Equipas da Legged League ƒ Construção de uma Equipa para a Legged League ƒ Conclusões Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 12 6

7 Regras da Legged League ƒ Campo de 4.40*2.90 metros ƒ Equipas de 4 Robôs (G.Redes( + 3 Jogadores de campo) ƒ Comunicação Wireless permitida entre os robôs (mas não com o exterior) ƒ Bola Laranja leve e de reduzidas dimensões ƒ 6 Marcadores e 2 Balizas coloridas no campo Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 13 Campo da Legged League Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 14 7

8 Campo da Legged League Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 15 Campo da Legged League Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 16 8

9 Processo de Jogo ƒ Jogos compostos por duas partes de 10 minutos (intervalo de 10 minutos também) ƒ Mudança de campo e uniforme ao intervalo ƒ Penalties para decidir empates (1 minuto para marcar um golo): Pontos: 3 Vitória, 2 Vitória nos Penalties, 1 Derrota nos Penalties,, 0 Derrota ƒ Jogo começa utilizando controlador de jogo Wireless Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 17 Processo de Jogo ƒ Equipa atacante coloca os seus robôs: Máximo de 2 robôs para além do meio do seu meio-campo ƒ Equipa que defende coloca os seus robôs Todos os robôs para trás do meio do seu meio campo ƒ Não pode ser marcado golo directo do chuto inicial Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 18 9

10 Regras do Jogo ƒ Só o G.Redes pode permanecer na área ƒ Comunicação audio (sem restrições) e wireless (com algumas restrições) são permitidas ƒ Visão global não é permitida ƒ Robôs não podem agarra a bola mais de 3 segundos (5 seg para o G.Redes) 30 segundos de exclusão Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 19 Regras do Jogo ƒ Guarda Redes não pode ocupar mais de 50% da linha de baliza ƒ Defesas não podem entrar na sua área ƒ Atacante não pode tocar G.Redes que controla a bola: 60 segundos de exclusão ƒ Obstrução: 30 segundos de exclusão ou colocação imediata no meio campo Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 20 10

11 Estrutura da Apresentação ƒ Introdução ao Futebol Robótico ƒ Regras da Legged League ƒ Equipas da Legged League ƒ Construção de uma Equipa para a Legged League ƒ Conclusões Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 21 Robôs com Pernas - Equipas ƒ Equipas mais Significativas UNSW (Australia) Univ. New South Wales ƒ Campeões 2000 e 2001 ƒ Ball control and fast locomotion (supported on elbows) ƒ Teammate recognition and Localization ƒ Simple high-level strategy ƒ Muito bons Low-level skills Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 22 11

12 Robôs com Pernas - Equipas ƒ Equipas mais Significativas: CMPack (USA) - Carnegie Mellon University ƒ Emphasis on Vision - CMVision ƒ Sensor Resetting Localization ƒ Campeões em 2002 (código fonte disponível) LRP Team (France) - Lab. De Robotique de Paris ƒ Locomotion, Vision and Strategy Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 23 Robôs com Pernas - Equipas ƒ Equipas mais Significativas: RoboMutts Melbourne Baby Tigers Osaka Team Sweden Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 24 12

13 Robôs com Pernas - Equipas ƒ Equipas mais Significativas: German Team ƒ Diversas Universidades alemãs ƒ Muitas Ferramentas ƒ SimGT Simulador de futebol com AIBOs Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 25 Resultados da Legged League ƒ Paris 1998: CMTrio Carnegie Mellon University (E.U.A.) ƒ Estocolmo 1999 UNSW Univ. New South Wales (Sidney Australia) ƒ Melbourne 2000 UNSW Univ. New South Wales (Sidney Australia) ƒ Seattle 2001 UNSW Univ. New South Wales (Sidney Australia) ƒ Fukuoka 2002 CMPack Carnegie Mellon University (E.U.A.) Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 26 13

14 Videos da Sony-Legged League ƒ Controle de Bola ƒ Primeiras Competições ƒ RoboCup 2001 ƒ RoboCup 2002 ƒ RoboCup Challenges Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 27 Estrutura da Apresentação ƒ Introdução ao Futebol Robótico ƒ Regras da Legged League ƒ Equipas da Legged League ƒ Construção de uma Equipa para a Legged League ƒ Conclusões Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 28 14

15 Construção de uma Equipa ƒ Muito Código Fonte Disponível (plataforma é standard logo fácil reutilizar código) CMUPack02 RoboMutts German Team Asura Araibo Baby Tigers Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 29 Construção de uma Equipa ƒ Separação entre Acção e Percepção: Acção: Movimento, Cabeça, Indicadores, Monet e Altifalante Percepção: Sensores, Câmara, Resultado do Monet,, Sensor G, Microfones Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 30 15

16 Construção de uma Equipa ƒ Acção Actuadores (movimento das pernas e da cabeça para chutar) Cabeça Indicadores (leds( leds,, orelhas, cauda e boca) para objectivos de debbuging MONET Sony MOtion NETwork Middleware (activar a rotina built-in in da Sony de get-up quando o robô cai Altifalante Para comunicação entre robôs e sons de debug Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 31 Construção de uma Equipa ƒ Percepção Sensores: das juntas, toque, temperatura, acelerómetros, etc. Câmara: Imagem YUV da câmara (frame( frame-raterate máximo de 25fps) Resultado do Monet: : Resultado da chamada de rotinas da Sony MOtion NETwork middleware) Sensor G: Sony middleware que interpreta o acelerómetro e detecta se o robô caiu Microfones: Emissão de som Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 32 16

17 Tipos de Jogadores ƒ Jogador Normal: Cauteloso, Normal, Agressivo, etc. ƒ Guarda-Redes Redes: : Diferentes tipos também ƒ Calibrador da Visão: Tira fotografias e calibra as cores ƒ Calibrador de Movimento: Investiga diferentes tipo de caminhar e calibra a odometria ƒ Challenge Player: : Para participar nos desafios RoboCup Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 33 Percepção - Visão ƒ Resoluções de Imagem possíveis: Low Medium High Color Detection ƒ CPU mais rápido permite processar imagens em high-resolution (176* bits) a 25fps ƒ Capacidade para detectar a bola do outro lado do campo Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 34 17

18 Percepção - Visão ƒ Processamento de Imagem: Calibração das Cores (dinâmica?) Filtragem de Ruído Segmentação de Cor Determinação de Blobs de Cores relevantes ƒ Operação computacionalmente mais pesada Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 35 Percepção - Visão Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 36 18

19 Segmentação de Cor ƒ Exemplos de Segmentação de Cor Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 37 Segmentação de Cor Video image after capture Image after threshold classification Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 38 19

20 ƒ Resolução da Câmara Percepção - Visão Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 39 Percepção - Visão ƒ Análise de Imagem: Distância ƒ Centroide do objecto ƒ Largura do objecto ƒ Altura do objecto ƒ Dimensão do objecto (número de pixels) ƒ Distâncias entre centroides dos objectos (marcadores) Direcção: Mais simples do que a distância Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 40 20

21 Percepção - Visão ƒ Análise de Imagem: Necessidade de realizar uma transformação 3D da imagem para o mundo: (xr,yr,zr,1)= M4xM3xM2xM1x(xc,yc,zc,1) Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 41 Percepção - Visão ƒ Formação de Blobs: Algoritmo crítico e pesado Ideia: Duas passagens pela imagem ƒ Primeira: Determinar run-length para cada linha horizontal ƒ Segunda: Fundir segmentos que estão sobrepostos Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 42 21

22 Formação de Blobs ƒ Formação de Blobs (German Team): Imagem Original Imagem Segmentada Blobs resultantes Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 43 Percepção - Visão Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 44 22

23 ƒ Objectos Ocultos: Percepção - Visão Estender objectos para terem a forma correcta (por exemplo marcadores parcialmente ocultos) ƒ Distância à bola a curta distância Bola só é parcialmente visível ƒ Distância a marcadores que estão longe Medida pouco precisa Usar só a sua orientação Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 45 Percepção - Visão ƒ Reconhecimento de Robôs Utilização de visão Utilização do sensores de infra-vermelho Fusão sensorial Ajuste da distância baseada na orientação ƒ Mais píxels se o robô for visto horizontalmente Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 46 23

24 Localização Estado do Mundo ƒ Estado do Mundo: Posição da Bola (Bx,By( Bx,By) ), BConf Velocidade da Bola (Bvx,Bvy( Bvx,Bvy), BvConf Posição dos Robôs (R( n x, R n y), PConf Orientação dos Robôs (Teta( n ) Estatísticas do Jogo ƒ Tempo do Jogo ƒ Resultado do Jogo ƒ Posse e Localização da Bola PConf n (n=1 a 8) Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 47 Localização Estado do Mundo ƒ Actualização do Estado do Mundo Informação da Visão Comunicação dos Colegas de Equipa Predição do Efeito das Acções (movimento e chuto) Predição das Acções efectuadas pelos colegas e oponentes Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 48 24

25 Localização ƒ Localização Activa vs Passiva Activa: ƒ Comportamento de localização que procura marcadores Passiva: ƒ Localização efectuada utilizando marcadores vistos durante a execução de outras acções Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 49 Localização Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 50 25

26 Localização ƒ Utilização de dois marcadores: Triangularização ƒ D1 e D2 Distâncias aos marcadores 1 e 2 ƒ I1 e I2 - Identidade dos marcadores 1 e 2 ƒ Teta12 ângulo entre os marcadores ƒ D12 Distância real entre os marcadores 1 e 2 ƒ Utilização de um marcador: Comum devido ao robô estar frequentemente a olhar para a bola Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 51 Localização ƒ Ajuste para dentro do campo O robô (em teoria) durante um jogo normal não pode estar fora do campo ƒ Utilização das balizas Fáceis de reconhecer Pouca precisão ƒ Utilização dos cantos das balizas Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 52 26

27 Localização da Bola ƒ Ajuste da localização e velocidade da bola: Realizada depois de ajustada a localização do robô Função da posição anterior da bola Função da distância e direcção relativas da bola ao robô Utilização de comunicação? Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 53 Comunicação Actualização do Estado do Mundo ƒ Possível Realização: Cada robô comunica, em cada ciclo, o seu estado do mundo completo Os outros robôs fundem esta informação com a informação proveniente dos seus sentidos e do seu estado do mundo ƒ Comunicação pode também ser utilizada para outros fins: Coordenação: Comunicação de eventos úteis Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 54 27

28 Locomoção ƒ Locomoção apoiada nos cotovelos: Mais rápida Mais estável Mais simples driblar com a bola Mais fácil ver os marcadores para realizar a localização Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 55 Locomoção Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 56 28

29 Locomoção - Componentes Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 57 Locomoção Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 58 29

30 Skills Low Level Skills ƒ Sony Walking Styles Default Stable Slow Fast [very fast] Offload Baby Lizard Creep Trot [very fast] Adaptive ƒ Walking Possibilities: Walk forward Walk forward and to the right Walk forward and to the left Turn right Turn left Walk backwards Spin turn right Spin turn left Kick right Kick left Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 59 Skills Low Level Skills ƒ Sony Walking Engine não é suficiente! ƒ Caminhar apoiado nos cotovelos: Walk forward Walk forward and to the right (strafe or turn) Walk forward and to the left (strafe or turn) Turn right (strafe or turn) Turn left (strafe or turn) Walk backwards Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 60 30

31 ƒ Kicking Skills Low Level Skills Kick bump Turn Kick Head kick right / Head kick left ƒ Diving Kicks (não( muito sudáveis para o pobre AIBO!) Kick mini-dive Dive kick right Dive kick center Dive kick left ƒ Hold Ball Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 61 UNSW - Grab Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 62 31

32 Simulação da Legged League ƒ SimGT2002 Ferramenta de Simulação do German Team Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 63 Ferramentas de Controlo Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 64 32

33 Ferramentas de Controlo Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 65 Ferramentas de Controlo Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 66 33

34 Estrutura da Apresentação ƒ Introdução ao Futebol Robótico ƒ Regras da Legged League ƒ Equipas da Legged League ƒ Construção de uma Equipa para a Legged League ƒ Conclusões Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 67 Conclusões ƒ Visão em robôs com pernas é extremamente complexa: No entanto: Muito código fonte disponível! ƒ Localização difícil: No entanto: Mais simples do que a dos robôs médios ƒ Locomoção e navegação muito complexos: Muitas possibilidades: Criatividade e imaginação! ƒ Comunicação Wireless abre muitas possibilidades ƒ Estratégia: Tácticas, formações, etc inexplorados! Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 68 34