RoboPet - pet ufrgs

RoboPet
Robótica Inteligente Aplicada ao Futebol de Robôs
Evolução e planejamento
ÍNDICE
INTRODUÇÃO.......................................................................................................................... 4
1.1 O que é o RoboPet?...........................................................................................................4
1.2 Como funciona?................................................................................................................ 4
2 EVOLUÇÃO DO ROBOPET..................................................................................................5
2.1 Mecânica:.......................................................................................................................... 5
2.1.1 Chassi:........................................................................................................................................... 5
2.1.2 Outros:........................................................................................................................................... 7
2.2 Eletrônica:......................................................................................................................... 8
2.2.1 Hardware dos robôs:...................................................................................................................... 8
2.2.2 Baterias:....................................................................................................................................... 10
2.2.3 Motores:...................................................................................................................................... 11
2.2.4 Outros:......................................................................................................................................... 12
2.3 Visão e Inteligência Artificial:........................................................................................ 12
3 EVENTOS............................................................................................................................. 14
3.1 Histórico de eventos que a equipe participou................................................................. 14
3.1.1 Salão de Iniciação Científica da UFRGS em 2002:..................................................................... 14
3.1.2 UFRGS Portas Abertas 2003:...................................................................................................... 14
3.1.3 Second Latin American IEEE Students Robotics Competition 2003:......................................... 15
3.1.4 UFRGS Portas Abertas 2004:...................................................................................................... 15
3.1.5 RoboCup Portugal 2004:............................................................................................................. 15
3.1.6 Semana acadêmica da Engenharia da Computação FURG 2004:............................................... 16
3.1.7 Semana Nacional de Ciência e Tecnologia 2004 (SNCT) - Pão dos Pobres:.............................. 16
3.1.8 INOVA UFRGS 2005:................................................................................................................ 16
3.1.9 UFRGS Portas Abertas 2005:...................................................................................................... 17
3.1.10 Globaltech 2005:....................................................................................................................... 18
3.1.11 6º Fórum Internacional de Software Livre 2005:...................................................................... 18
3.1.12 XVII Salão de Iniciação Científica 2005:.................................................................................. 18
3.1.13 LARC - Competição Latino-Americana de Robótica 2005 - I RoboCupOpen LatinoAmericana - II RoboCup Brasil............................................................................................................ 19
3.2 Previsões para os próximos eventos................................................................................19
3.2.1 XXVI Congresso da Sociedade Brasileira de Computação......................................................... 19
3.2.2 2nd Latin American RoboCup Competition................................................................................ 19
2
4 METAS DA EQUIPE............................................................................................................ 20
4.1 Disputar as competições de 2006 com:...........................................................................20
4.1.1 Mecânica:....................................................................................................................................
4.1.2 Eletrônica:...................................................................................................................................
4.1.3 Visão:..........................................................................................................................................
4.1.4 Inteligência Artificial:.................................................................................................................
20
20
20
21
5 RESULTADOS OBTIDOS EM COMPETIÇÕES................................................................22
5.1 Second Latin American IEEE Students Robotics Competition 2003:............................ 22
5.2 LARC - Competição Latino-Americana de Robótica 2005 - I RoboCupOpen LatinoAmericana - II RoboCup Brasil............................................................................................ 22
6 PESSOAL ENVOLVIDO COM O ROBOPET.....................................................................23
6.1 Orientador:...................................................................................................................... 23
6.2 Alunos e colaboradores envolvidos:............................................................................... 23
6.2.1 Atuais participantes..................................................................................................................... 23
6.2.2 Participantes antigos.................................................................................................................... 23
3
INTRODUÇÃO
1.1 O QUE É O ROBOPET?
O RoboPet é a equipe de Futebol de Robôs da Universidade Federal do Rio Grande
do Sul (UFRGS). Sua criação foi em 5 de novembro de 2001, como um trabalho de pesquisa
do atual mestrando Francisco Alegretti dentro do Grupo PET Computação. Em meados de
2002, com o crescente interesse dos colegas de bolsa, o RoboPet virou uma equipe de
competição, com o desenvolvimento de software e a construção dos robôs físicos. Nesse
período, bolsistas e pesquisadores do Laboratório de Robótica Inteligente (LRI) do Instituto
de Informática da UFRGS, juntaram-se à equipe de desenvolvimento do RoboPet. A equipe
atual é composta por pesquisadores e alunos de graduação dos cursos de Ciências e
Engenharia da Computação. As atividades são desenvolvidas nos laboratórios do Grupo PET
Computação e no LRI - Laboratório de Robótica Inteligente.
1.2 COMO FUNCIONA?
Uma câmera, localizada sobre o campo, capta a imagem e repassa para o
computador, esse fará o reconhecimento da bola e de cada robô do seu time e do time
adversário localizando-os dentro das dimensões do campo. O algoritmo de inteligência
artificial recebe essa localização e faz o processamento da tática de jogo a ser empregada.
Tento finalizado essa etapa, as coordenadas de movimento são enviadas ao robô via rádio
(RF). Após receberem as informações os robôs interpretam e executam os comandos. Assim,
para o sistema ser realmente eficiente, utilizam-se as técnicas mais avançadas de computação,
eletrônica e robótica.
4
2 EVOLUÇÃO DO ROBOPET
2.1 MECÂNICA:
2.1.1 Chassi:
Ano de 2003: O chassi usado em 2003 era uma chapa de alumínio dobrada e
furada que formava um quadrado com 18cm de lado. Ao redor da base era fixado
um círculo para acionar sensores de contato. Esse chassi foi desenvolvido pelo
Professor Simões em seu trabalho de doutorado.
Figura 1: Chassi versão Simões.
Primeiro semestre de 2004: O Chassi desenvolvido para esse momento tinha
tamanho para participar da categoria Very Small Size ("FIRA"), ou seja, um cubo
com 7,5 cm de lado.
5
Figura 2: Chassi versão Very Small Size
Segundo semestre de 2004: O chassi voltou a ser maior, foi um
aprimoramento do Chassi “Simões” (foram retirados os sensores de contato), nesse
momento o RoboPet tinha dimensões da categoria F-180 ou Small Size.
Figura 3: Chassi versão 2004 Small Size.
Segundo semestre de 2005: Início dos trabalhos para projetar um chassi
completo (base, laterais e tampa) em acrílico e com 18 cm de diâmetro. Os
executores do projeto foram os bolsistas Fabiano Isoton e Rafael Nondillo.
Situação atual (2006/1): Os novos chassis em acrílico vêm sendo
trabalhados para que fiquem completamente funcionais, estão sendo feitos testes e
ajustes para que isso ocorra.
6
Figura 4: Chassi versão 2005 Small Size.
2.1.2 Outros:
Julho de 2005: Desenvolvimento de um acoplamento, em acrílico, para
conectar os motores "Pretos" (6V) com os redutores dos motores antigos (12V). O
bolsista que desenvolveu o projeto foi Fabiano Isoton.
Figura 5: Acoplamento motor / redutor.
7
2.2 ELETRÔNICA:
2.2.1 Hardware dos robôs:
Ano de 2003: O hardware utilizado nesse período foi desenvolvido pelo
Professor Simões e utilizava um microcontrolador Motorolla 68HC11.
Figura 6: Placa de Circuito eletrônico versão Simões.
Primeiro semestre de 2004: O hardware era formado por duas placas
sobrepostas de dimensões reduzidas a fim de que coubessem no chassi "FIRA". O
projeto desenvolvido pelos bolsistas petianos usava como microcontrolador um
Texas MSP430.
Figura 7: Placa de Circuito eletrônico versão Very Small Size.
8
Segundo semestre de 2004: O projeto do hardware era o mesmo utilizado no
projeto “FIRA”, no entanto, foi desenvolvido uma placa individual e maior.
Figura 8: Placa de Circuito eletrônico versão Small Size.
Primeiro semestre de 2005: O hardware foi substituído por um outro projeto
desenvolvido pelo colaborador Itamir Sartori. Esse novo projeto usa como
componentes principais um microcontrolador PIC 16f628, um rádio transmissor e
uma configuração de Mosfets para controlar os motores.
Figura 9: Placa de Circuito eletrônico versão Small Size.
9
Situação Atual (2006/1): Estão sendo realizados testes em um hardware que
teve a configuração de Mosfets substituída por um Drive da Texas (L293NE) que
realiza a mesma função com a vantagem de custar menos e ainda deixar a placa
com menos componentes isso permite que ela fique mais limpa e clara. Assim que
ficar ajustado o circuito, será feito o projeto de uma placa de circuito impresso, o
responsável por essa tarefa é o bolsista Rafael Nondillo.
Figura 10: Placa de Circuito eletrônico versão 2006/1 Small Size.
2.2.2 Baterias:
Ano de 2004 até 2005/2: Nesse período os motores utilizados eram de 12V,
sendo assim, era utilizado uma bateria de 12 V de chumbo para alimentação dos
robôs.
Figura 11: Bateria 12V de Chumbo.
10
Apartir de 2005/2: Com o desenvolvimento do chassi de acrílico, foi
necessário buscar novas fontes de energia com uma dimensão e peso menor. Nessas
condições, após alguns testes, passou-se a utilizar pilhas AA recarregáveis NiMH
2100mAH.
Figura 12: Pilhas recarregáveis NiMH 1,2V.
2.2.3 Motores:
Os primeiros motores a serem utilizados eram de 12V e não tinham muita
velocidade. Abaixo encontram-se as fotos desses motores.
Figura 13: Motores 12V.
11
Posteriormente, com o intuito de formar uma equipe Very Small Size, foram
adquiridos motores alemães com maior velocidade e com alimentação de 6V. No
entanto, esses motores não tinham redutor, sendo assim foram utilizados os redutores
dos motores antigos. Para melhorar a eficiência na utilização desses motores foi
necessário desenvolver um acoplamento entre o motor e o redutor. As fotos abaixo
demonstram esse conjunto entre motor, redutor e acoplamento.
Figura 14: Motores alemães de 6V.
2.2.4 Outros:
Primeiro semestre de 2006: Está sendo desenvolvido um carregador rápido de
pilhas NiMH. Esse projeto está sendo executado pelo bolsista voluntário Rodrigo
Dobler.
2.3 VISÃO E INTELIGÊNCIA ARTIFICIAL:
Ano de 2003 (Bauru): A Visão, desenvolvida pelo colaborador Eduardo
Basso, consistia em um bloco separado da IA (Inteligência Artificial), conhecida como
ad hoc (conjunto simples de regras que os robôs deveriam seguir), desenvolvida pelo
petiano Tércio de Almeida, sendo assim, a transferência de informações entre as duas
partes era através de sockets.
Segundo semestre de 2004: A visão e a IA foram integradas, pois não se tinha
uma boa performance com a conexão através de sockets entre os softwares (5 a 6
12
frames por segundo (FPS) em resolução 320x240 pixels). Prevaleceu a junção feita
por Eduardo Basso a qual passou a operar com 20 FPS a uma resolução de 320x240
pixels (campo pequeno).
Ano de 2005: Com a utilização do campo maior, o desempenho da imagem
voltou a ser baixo, na faixa de 5 a 6 FPS (com resolução 640x480). Para sanar esse
problema foi efetuado um processamento local da imagem sendo feito um
processamento completo a cada período de 10 processos locais. Com isso o software
passou a ter novamente um desempenho de 20 FPS. No entanto, a cada processamento
completo esse rendimento caia significativamente. Para homogeneizar a latência do
sistema (1/10 da imagem FPS) decidiu-se dividir o processamento global em partes
menores de modo que a cada etapa do processamento local é feito uma parte do
processamento completo. Com essa evolução conseguiu-se um desempenho
equivalente ao obtido no campo com dimensões pequenas (320x240). Essas melhorias
foram feitas pelo bolsista Diego Midon Pereira e pelo mestrando colaborador Eduardo
Basso.
Implementação do goleiro no simulador realizada pelo então Bolsista Gustavo
Chiechelski.
13
3 EVENTOS
3.1 HISTÓRICO DE EVENTOS QUE A EQUIPE PARTICIPOU
3.1.1 Salão de Iniciação Científica da UFRGS em 2002:
Foi organizada uma pequena competição de futebol de Robôs da qual
participou a equipe FURGBOL da Universidade Federal de Rio Grande (FURG). O
RoboPet sagrou-se campeão invicto da competição. O evento foi coberto pelo
jornal Zero Hora e reportagem sobre o RoboPet foi matéria de capa da edição de 05
de dezembro de 2002.
Figura 15: Fotos do SIC 2002 da UFRGS.
3.1.2 UFRGS Portas Abertas 2003:
Em 17 de maio de 2003, foi realizado um dia de visitação da comunidade
em geral às instalações da UFRGS. A equipe RoboPet pôde explicar ao público
leigo o princípio de funcionamento desses sistemas. Desta vez o evento foi coberto
pelo canal de televisão RBS TV, filiada da Rede Globo. A reportagem sobre o
RoboPet foi exibida no jornal da noite da emissora.
14
3.1.3 Second Latin American IEEE Students Robotics Competition
2003:
Nos dias 13 e 14 de setembro, em Bauru - São Paulo, ocorreu uma
competição internacional de Futebol de Robôs. Participaram do evento 26 equipes
de 4 países (Brasil, Argentina, Chile e México) reunindo os maiores pesquisadores
de Robótica e Inteligência Artificial da América Latina. A equipe da UFRGS
venceu todas as partidas que disputou, tornando-se a campeã invicta da competição.
O RoboPet foi campeão latino americano de Futebol de Robôs de 2003. A equipe
foi bastante destacada na 31ª edição do boletim Informática da UFRGS (
http://si3.inf.ufrgs.br/informa/Edicao31/pagina5.htm ).
3.1.4 UFRGS Portas Abertas 2004:
Em 15 de maio de 2004, foi realizado um dia de visitação da comunidade
em geral às instalações da UFRGS. A equipe RoboPet explicou ao público leigo o
princípio de funcionamento de futebol de robôs e dispôs aos visitantes controlar os
robôs com um joystick (controle manual).
Essa atividade está cadastrada como atividade de extensão.
3.1.5 RoboCup Portugal 2004:
A competição mundial de futebol de robôs de 2004 ocorreu na cidade de
Lisboa - Portugal de 27 de junho a 5 de julho. A equipe RoboPet foi a única equipe
latino americana que participou do evento na categoria Small Size na qual continha
outras 20 equipes de 10 países diferentes.
Figura 17: Fotos da equipe RoboPet na RoboCup Portugal 2004.
15
3.1.6 Semana acadêmica da Engenharia da Computação FURG
2004:
No dia 14 de setembro de 2004 foi realizado em Rio Grande RS um
amistoso entre as equipes FURGBOL (FURG) e RoboPet (UFRGS) em
comemoração à Semana Acadêmica da Engenharia da Computação da
Universidade Federal de Rio Grande (FURG). O resultado da partida foi 4 x 1 para
a equipe de Rio Grande.
3.1.7 Semana Nacional de Ciência e Tecnologia 2004 (SNCT) - Pão
dos Pobres:
Em agosto foi feito uma apresentação do RoboPet aberto a sociedade e à
comunidade acadêmica, nessa ocasião foram apresentados os robôs, dadas
explicações e feitas algumas demonstrações de como funciona o futebol de robôs.
Essa atividade está cadastrada como atividade de extensão.
3.1.8 INOVA UFRGS 2005:
Evento ocorrido de 11 a 14 de maio de 2005 com o objetivo de apresentar à
comunidade o que a Universidade produz em termos de ciência, tecnologia e
inovação. O RoboPet foi umas das principais atrações do evento, juntamente com o
braço robótico da TechRobot / LRI, promovendo diversas partidas e demonstrações
de futebol de robôs e dando informações aos visitantes de como o sistema funciona.
A equipe foi muito destacada pela 8ª edição do agendão UFRGS
(http://www.ufrgs.br/comunicacaosocial/agendao/not08_09.htm ) e pela 41ª edição
do
Boletim
Informática
da
UFRGS
(
http://si3.inf.ufrgs.br/informa/Edicao41/pagina1.html ).
Essa atividade está cadastrada como atividade de extensão.
16
Figura 18: Fotos da apresentação do RoboPet no INOVA UFRGS.
3.1.9 UFRGS Portas Abertas 2005:
Em 14 de maio de 2005, foi realizado um dia de visitação da comunidade em
geral às instalações da UFRGS. A equipe RoboPet pôde explicar ao público leigo o princípio
de funcionamento do futebol de robôs e o grupo PET em geral contribuiu com o
esclarecimento de dúvidas sobre as diferenças dos cursos de graduação de Ciências e
Engenharia da Computação. O evento teve matéria na 41ª edição do Boletim Informática UFRGS que pode ser visualizada em: http://si3.inf.ufrgs.br/informa/Edicao41/pagina1.html.
Essa atividade está cadastrada como atividade de extensão.
Figura 19: Fotos da apresentação do Pet e do RoboPet no UFRGS Portas Abertas.
17
3.1.10 Globaltech 2005:
A Globaltech - Feira de Tecnologia, Ciência e Inovação ocorreu de 17 a 22 de
maio de 2005 na Fiergs. A equipe RoboPet foi uma das atrações da arena principal
participando, juntamente com a equipe FURGBOL da Universidade Federal de Rio Grande
(FURG), de uma melhor de três partidas sendo que venceu duas delas. O futebol de robôs foi
destaque no Jornal Zero Hora e a equipe RoboPet foi destacada como participante do evento
no Boletim Informática da UFRGS ( http://si3.inf.ufrgs.br/informa/Edicao41/pagina1.html ).
Essa atividade está cadastrada como atividade de extensão.
Figura 20: Fotos da apresentação do RoboPet na Globaltech.
3.1.11 6º Fórum Internacional de Software Livre 2005:
Ocorreu em POA RS de 1 a 4 de junho de 2005 onde a equipe RoboPet foi
representada pela apresentação do trabalho ''Desenvolvimento de Sistema Híbrido para
Rastreamento de Objetos Aplicado a Futebol de Robôs'' pelos integrantes do grupo Pet
Computação Diego Midon Pereira e Paulo Schireiner. O trabalho citado consta nos anais do
5º workshoop de software livre.
3.1.12 XVII Salão de Iniciação Científica 2005:
Ocorrido de 17 a 21 de outubro de 2005. O RoboPet obteve destaque de seção
pelo trabalho realizado pelos integrantes do grupo PET Computação Diego Midon Pereira e
Paulo Schireiner com o trabalho ''Sistema Híbrido para Rastreamento de Objetos Aplicado a
Futebol de Robôs'' .
18
3.1.13 LARC - Competição Latino-Americana de Robótica 2005
- I RoboCupOpen Latino-Americana - II RoboCup Brasil
Este evento ocorreu em São Luís do Maranhão nos dias 18 e 19 de setembro
de 2005. A equipe RoboPet participou na categoria Small Size e teve como resultado o 2º
Lugar Brasileiro e o 3º Lugar Latino-Americano. Os resultados completos do LARC podem
ser vistos em http://www.sbai-lars.dee.ufma.br/larc_resultados.htm. O Boletim Informática
UFRGS
noticiou
mais
essa
conquista
do
RoboPet
na
44ª
edição
(http://si3.inf.ufrgs.br/informa/Edicao44/pagina1.html).
Figura 21: Fotos do SBAI Maranhão 2005.
3.2 PREVISÕES PARA OS PRÓXIMOS EVENTOS
3.2.1 XXVI Congresso da Sociedade Brasileira de Computação
Ocorrerá entre os dias 17 a 20 de julho de 2006 em Campo Grande Mato
Grosso do sul. Maiores informações em http://www.ledes.net/pantaneiro_pg/sites/sbc/
http://www.ledes.net/pantaneiro_pg/sites/sbc/index.php?templat=vis&site=434&id_comp=26
85&id_reg=6&voltar=home&site_reg=434&id_comp_orig=2685
OBS: Prazo para submissão de trabalhos 05/04/2006.
3.2.2 2nd Latin American RoboCup Competition
Ocorrerá entre os dias 23 e 27 de outubro de 2006 em Santiago do Chile.
Maiores informações em http://lars2006.li2.uchile.cl/index.html.
OBS: Data limite para registro 30 de maio de 2006.
19
4 METAS DA EQUIPE
4.1 DISPUTAR AS COMPETIÇÕES DE 2006 COM:
4.1.1 Mecânica:
São necessários cinco (5) Robôs com os chassis novos funcionais (testados e
modificados se necessário). O responsável por esse trabalho é o bolsista Fabiano Isoton.
4.1.2 Eletrônica:
Devido ao novo chassi utilizar, para cada robô, 8 pilhas NiMH para
alimentação tendo assim um total de 40 pilhas (para os 5 robôs) e mais 40 pilhas
sobressalentes para que não se tenha problemas com a falta de energia nos treinos e nas
competições. O responsável pelo encaminhamento da compra das pilhas é o bolsista Fabiano
Isoton.
Devido à necessidade de utilizar pilhas recarregáveis, necessitamos
desenvolver carregadores (5 unidades) de baterias rápidos (2 a 3 horas de carga). O bolsista
voluntário Rodrigo Dobler já iniciou os trabalhos no desenvolvimento de um carregador
protótipo.
Desenvolver placas de circuito impresso para o hardware do robô a fim de
facilitar o manuseio, entendimento do circuito e manutenção do mesmo. O responsável por
esse trabalho é o bolsista Rafael Nondillo.
Desenvolver novas placas de circuito impresso para os rádios transmissores
(As atuais não estão em um estado muito confiável).
Desenvolver controle de velocidade nos robôs.
Aprimorar a transmissão de dados pelos rádios atuais.
Desenvolver projeto de robôs omnidirecionais.
20
4.1.3 Visão:
Adquirir as novas câmeras para que seja possível ter uma visão melhor e assim
permitir que o RoboPet participe de competições de nível oficial. Segundo pesquisas do
bolsista Diego Midon Pereira, a câmera ideal para esse tipo de aplicação seria:
Modelo: PL-A742
Fabricante: Pixelink
Valor: $1600 FOB (ou seja, em Miami, sem imposto de importação por ser
adquirida via
UFRGS)
Importador: Attiva Ciência e Imagem
Rua Adolfo Pinheiro, 2464 - S 34
Santo Amaro - 04734-004
São Paulo - SP
Fone: 55 11 5548-4900
Fax: 55 11 5548-2221
www.attivabrasil.com.br
Características técnicas
Resolução 1280x1024 27fps
Resolução 640x480 105fps
IEEE 1394 (FireWire) = sem necessidade de placa de captura
Compatível com Linux
Link do site da fabricante
http://66.148.40.196/products_info.asp?id=50
Criar / adequar software para integrar as câmeras (2 ou 4) com a visão.
4.1.4 Inteligência Artificial:
Criar novos algoritmos para aperfeiçoar a agilidade dos robôs.
Passar o algoritmo do goleiro do simulador para o software RobopetSys.
21
5 RESULTADOS OBTIDOS EM COMPETIÇÕES
5.1 SECOND LATIN AMERICAN IEEE STUDENTS ROBOTICS
COMPETITION 2003:
•
Campeão ROBOCUP Latino Americano de Futebol de Robôs categoria
Small Size (F-180).
•
Campeão ROBOCUP Brasileiro de Futebol de Robôs categoria Small Size
(F-180).
5.2 LARC - COMPETIÇÃO LATINO-AMERICANA DE
ROBÓTICA 2005 - I ROBOCUPOPEN LATINO-AMERICANA II ROBOCUP BRASIL
•
Terceiro colocado ROBOCUP Latino Americano de Futebol de Robôs
categoria Small Size (F-180).
•
Segundo colocado ROBOCUP Brasileiro de Futebol de Robôs categoria
Small Size (F-180).
22
6 PESSOAL ENVOLVIDO COM O ROBOPET
6.1 ORIENTADOR:
O orientador do projeto de futebol de robôs da UFRGS, RoboPet, é o Prof.
Dr. Dante Couto Augusto Barone ([email protected]), do Instituto de
Informática (II) da UFRGS.
6.2 ALUNOS E COLABORADORES ENVOLVIDOS:
6.2.1 Atuais participantes.
Hardware:
Estevão Gutierrez ([email protected])
Fabiano Isoton ([email protected])
Rafael Nondillo ([email protected])
Visão / IA:
Felipe Nunes Flores ([email protected] )
Marcos Rater Crippa ([email protected] )
6.2.2 Participantes antigos.
Hardware:
Alexandre Toniolo
Daniel Barcelos
Filipe Hartmann
Itamir Agostinho Sartori ([email protected] )
Kleber Trindade Rigon
Rafael Halmann
Wagner Müller Gegler ([email protected] )
23
Visão:
Diego Midon Pereira ([email protected])
Eduardo Basso ([email protected] )
Tércio Oliveira de Almeida
IA:
Eduardo Basso ([email protected] )
Francisco José Prates Alegretti ([email protected] )
Gustavo Chiechelski ([email protected] )
Paulo Schreiner ([email protected])
Tércio Oliveira de Almeida
24