Monograph about Robot Soccer. A control and strategies decision system through an environment mapping based on grids and a continuous planning is developed in this work. The continuos planning begins sending objects positioning data through serial interface to the strategy and simulation system, that makes all the calculus and projections to all objetcs. After that, data are transmitted to the robot closing the cicle. Based on grids, the strategy definition is made by the objects vectorial position in the environment, setting three basic strategies: defense, attack and sides.

1. Futebol de Robôs
Robot Soccer
Ivan Salera Guisini Santos e Thiago Richter
2005

2. Sumário Apresentação
• Introdução
• Desenvolvimento
• Conclusões

3. Introdução
• Contextualização do Projeto
– Elaboração de um protótipo simplificado, constituído de dois agentes
robóticos, que irão competir, dentro de um campo de ação, no chamado jogo
“gol-a-gol”.
– Projeto global faz parte os trabalhos de Visão Artificial (Cardoso; Gomes,
2005) e de Hardware e Sistema Embutido (Villalobos, 2005).
• Objetivos
– Desenvolver um software capaz de controlar, definir estratégias, trajetórias e
ações para agentes robóticos jogadores de futebol em ambiente simulado e
real.
– Código comum e de fácil alteração entre ambientes.
– Ambiente simulado: simulação do agente robótico e do sistema de visão e suas
interações, planejar, decidir estratégias e controlar o agente. Propostas para
aprendizagem e evolução dos agentes com auxílio de algoritmos genéticos.
– Ambiente Real: adaptado do simulador para uso em ambiente real, realizando
a interação com os demais grupos temáticos formando o ciclo Visão-
Estratégia-Hardware.

4. Introdução
• Justificativa
– Estudo do tema Futebol de Robôs é uma oportunidade que o graduando de
ciência da computação tem de pesquisar temas atuais e avançados,
possibilitando aplicar estes conceitos nas formas teórica e prática.
• Materiais e Métodos
– Temas teóricos necessários ao desenvolvimento do trabalho foram estudados
através de uma revisão bibliográfica de livros, teses e artigos.
• Organização do Trabalho
– Introdução, objetivos, justificativas, materiais e métodos.
– Futebol de Robôs (Robocup): pesquisas no Brasil e no mundo, definição das
regras, os avanços e perspectivas para o futuro.
– Robótica: auxílio no desenvolvimento para Ambiente Simulado.
– IA: agentes, teoria dos jogos, planejamento, aprendizagem e PG e AG.
– Técnicas de Navegação: estudo das diversas técnicas.
– Programação OO e UML

5. Revisão Bibliográfica
• Futebol de Robôs • Robótica
– No Mundo – Robôs
– No Brasil – Percepção
– RoboCup – Sensores
– Gol-a-Gol – Atuadores
– Avanços e Aplicações
– Perspectivas para o Futuro • Técnicas de Navegação
– Grafo de Visibilidade
• Inteligência Artificial – Espaço Livre
– Agentes – Baseada em Grid
– Teoria dos Jogos – Transformada de Distância
– Planejamento – Campos Potenciais
– Aprendizagem – Heurística
– Introdução à PG e AG – Obstáculos Móveis
– Programação Genética
– Algoritmos Genéticos

6. Revisão Bibliográfica
• Técnicas de Navegação
– Planejamento de Trajetória com Grafo de Visibilidade

7. Revisão Bibliográfica
• Técnicas de Navegação
– Planejamento de Trajetória por Espaço Livre

8. Revisão Bibliográfica
• Técnicas de Navegação
– Navegação Baseada em Grid

9. Revisão Bibliográfica
• Técnicas de Navegação
– Transformada de Distância

10. Revisão Bibliográfica
• Técnicas de Navegação
– Navegação de Campos Potenciais

11. Desenvolvimento
• Planejamento e Trajetórias
– Planejamento
• Contínuo
– Trajetória
• Baseada em Grids
– Vetorização
• Vetores de direção e velocidade
– Visada
• Simular Visão Local
• Aproximar mais rapidamente
– O ciclo Dentro da
Visada
Dire Efetuar
ção movimentação
Composta
Áre α
a de α
Visa
da Fora da
Visada α
Efetuar
somente
movimentação
Angular

12. Desenvolvimento
• Estratégias
Vetores de direção e velocidade dos agentes e da bola,
localização no campo de ação e distâncias entre os objetos.
– Estratégia Defensiva: Bola em sua direção ou no campo adversário
– Estratégia Ofensiva: Bola parada em seu campo ou em direção adversário
– Estratégia Lateral: Bola parada em seu campo, nas áreas laterais
– Comportamentos Específicos
• Gol Sofrido
• Falta por Invasão
• Conduzir Bola até Ataque
• Escanteio
• Contra Ataque
• Ataque desviando
– Sem colisão
– Com colisão

13. Desenvolvimento
• Estratégia

14. Desenvolvimento
• Estratégia
– Escanteio

15. Desenvolvimento
• Estratégia
– Contra Ataque

16. Desenvolvimento
• Estratégia
– Atacar desviando adversário
• Sem Colisão

17. Desenvolvimento
• Estratégia
– Atacar desviando adversário
• Sem Colisão

18. Desenvolvimento
• Controle do Agente
– Requisitos
– Tratamento de Colisões
VectA
h h r2
VectB r1
• Proposta para AG
V is a d a V e l. L . m ín . V e l. L . m á x . V e l. W . m ín . V e l. W . m á x . D is tâ n c ia
• Proposta de Aprendizagem
– Aprender a calibrar as variáveis de controle, como as variáveis de Velocidades Linear e
Angular, de forma a otimizar a relação existente entre os cálculos efetuados no sistema e
o ambiente real.
• Adaptando o Software em A. S. para A. R.
– Interações
– Protocolos
– Freqüências de Transmissão

19. Desenvolvimento
• Protocolos
Visão
• Dados Iniciais
Ponto 1 Ponto 2 Ponto n
S incroni- Iniciali- C heck- Finali-
zaç ão zação
X1 Y1 X2 Y2 ... Xn Yn
S um zação
• Dados Dinâmicos
Bola R obô 1 R ob ô 2
S incroni- Iniciali- X Y X Y X Y X Y C hec k- Finali-
X Y
zaç ão zação C entro C entro D ireção D ireç ão C entro C entro D ireção D ireção S um zaç ão
Hardware
Robô 1 Robô 2
Sincroni- Iniciali- Velocidade Velocidade Controle de Chute Velocidade Velocidade Controle de Chute Check- Finali-
zação zação Linear Angular e Domínio Linear Angular e Domínio Sum zação
Obs: Atualmente utilizando velocidades em Percentual de Potência

20. Desenvolvimento
• Interações
– Estratégia-Visão
• Recebe dados de Visão e simula a atuação.
– Simulador-Hardware
• Controle
• Simula Bola e envia velocidades ao agente robótico real
– Visão-Simulador-Hardware
• Executa o ciclo completo
– Demonstrações
• Grava e lê arquivo contendo pontos para que o simulador siga.

21. Conclusões
• Resultados
– POO trouxe rapidez nas modificações, código enxuto e fácil de ser lido.
– Utilização de grids e vetores desempenhou importante papel na decisão das estratégias.
– Utilizando Planejamento contínuo houve auto-correção das posições.
– As três estratégias básicas foram implementadas em Ambiente Simulado, alguns
comportamentos específicos também foram.
– Interação em Ambiente Real realizado e implementação de estratégias.
• Conclusões
– Decisão pode ser aperfeiçoada com uso de diferentes técnicas de trajetórias.
– Necessidade de elaborar e implementar inúmeros comportamentos específicos.
– É necessário reduzir a projeção de erros.

22. Conclusões
• Dificuldades Encontradas
– Bibliografia, grupo de pesquisa, custo, dificuldade em funções e procedimentos específicos e
utilização dos laboratórios.
• Trabalhos Futuros
Inúmeras são as possibilidades de trabalhos futuros, dentre os quais podemos destacar:
– Estudo e implementação de sistema gráfico mais eficiente para simulação gráfica dos agentes no
sistema desenvolvido.
– Visando as regras da Robocup (Smallsize, 2005), faz-se necessário a implementação de sistemas
multiagentes e colaborativos, permitindo que o sistema trabalhe com n robôs.
– Implementar diferentes planejamentos de trajetórias para verificar o algoritmo mais adequado a cada
situação.
– Em relação às estratégias elaborar e implementar comportamentos específicos, podendo até mesmo
abordar a decisão de estratégias através de lógica nebulosa (Nascimento; Yoneyama, 2002).
– Implementar as propostas de Aprendizagem e de Algoritmo Genético para constatar os resultados
esperados, assim como a elaboração de novas propostas e implementações.
– E finalmente, seguindo recomendações do artigo “Robocup: Yesterday, Today and Tomorrow”
(Burkhard; et. al., 2003), difundir para crianças e adolescentes e despertar o interesse nas áreas de
robótica e inteligência artificial, o que este grupo de pesquisa estará efetuando mesmo depois de
terminado os estudos na graduação.

23. Referência Bibliográfica
• BURKHARD, H.; ASADA, M.; BONARINI, A.; JACOFF, A.; NARDI, D.; RIEDMILLER, M.; SAMMUT, C.; SKLAR, E. VELOSO, M. (2003). RoboCup: Yesterday,
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de 1986.
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Engenharia de Piracicaba, Ciência da Computação.
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• UNESP (1999). Futebol de Robôs. Assessoria de Comunicação e imprensa. Disponível em: <http://www.unesp.br/aci/jornal/183/geral1.htm>. Acessado em: 04 de agosto de
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Press, 2000. Disponível em: <http://www-2.cs.cmu.edu/~coral/ publinks/mmv/MASsurvey.pdf>. Acessado em: 15 de maio de 2005.
• VILLALOBOS, A. G. M. (2005). Projeto e Implementação de Agentes Robóticos Multiprocessados e com Controle PID Aplicado ao Futebol de Robôs. Escola de
Engenharia de Piracicaba, Ciência da Computação.

25. Apêndice A
Figura 1 - Interface Módulo Ambiente Simulado
Figura 2 - Interface Módulo Ambiente Real

26. Apêndice A
Figura 3 - Interface Módulo de Controle de Hardware
Figura 4 - Interface Módulo de Demonstração
Figura 7 - Interface Módulo de Configurações de Robôs

27. Anexo D
Figura 1 - Montando o Campo Figura 2 - Final da Montagem Figura 3 - Discutindo Soluções Figura 4 - Manutenção no Protótipo
Figura 5 - Programando Figura 6 - Programando Figura 7 – Primeiro Teste Real Figura 8 - Congressos

28. Anexo D
Figura 9 – Transporte do Campo
Figura 11 –Teste Real
Figura 12 – Preparação Finalizada
Figura 10 - Montagem

29. Anexos A e B
• Participações em Congressos deste Trabalho
– 8º CIC Unicep (SC) - 3 resumos
– 5º CONIC (Santos) - 1 resumo
– 13º SIICUSP (SC) - 3 resumos
• Participações em Congressos do Projeto (3 trabalhos)
– 8º CIC Unicep (SC) - 4 resumo
– 5º CONIC (Santos) - 3 resumo
– 13º SIICUSP (SC) - 4 resumos

30. Fim