Desenvolvimento de Estratégia para Programação do Futebol de Robôs

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1 Anais do XXVI Congresso da SBC EnRI l III Encontro de Robótica Inteligente 14 a 0 de julho de 006 Campo Grande, MS Desenvolvimento de Estratégia para Programação do Futebol de Robôs Wânderson O. Assis, Alessandra D. Coelho, Marcelo M. Gomes, João C. G. Conde Filho, William S. Cleveland Escola de Engenharia Mauá Centro Universitário do Instituto Mauá de Tecnologia (CEUN - IMT) Praça Mauá, 1 CEP São Caetano do Sul SP Brasil wanderson.assis@maua.br, alessandra.coelho@maua.br, marcelo.gomes@maua.br Abstract. This paper treats about the development of programming strategies for robot soccer simulation D competition. The work presents some details that will be considered for generation of artificial intelligence algorithms to robots. Resumo. Este artigo trata do desenvolvimento de estratégias de programação para competição de simulação D de futebol de robôs. O trabalho apresenta alguns detalhes que serão considerados para a geração de algoritmos de inteligência artificial para os robôs. 1. Introdução Desde o ano de 1997 pesquisadores de diferentes países têm disputado a copa do mundo de futebol de robôs (RoboCup). Dentre as categorias disputadas encontra-se a RoboCup Simulation League. Nesta categoria a competição consiste no desenvolvimento de programas de estratégia para implementar o futebol de robôs utilizando um simulador bidimensional (D): o Soccer Server. A figura 1.1 ilustra a interface visual do simulador. Figura 1.1 Interface Visual do Soccer Server 331

2 O Soccer Server (Chen et alli, 003) é um sistema que consiste de dois programas: soccerserver e soccermonitor. O soccerserver é um programa que simula movimentos de uma bola e jogadores, comunica com clientes, e controla um jogo de acordo com as regras. Clientes referem-se a programas agentes desenvolvidos pelos usuários que controlam o movimento de cada robô. O soccermonitor é um programa que mostra o campo virtual do soccerserver no monitor de vídeo. Cada cliente pode controlar apenas um jogador. Um time completo pode ter até 1 clientes constituídos de 11 jogadores e um técnico. Os times somente podem usar sistema operacional Linux para implementar a programação. O Soccer Server permite a simulação das diversas situações de jogo, tais como kickoff (início de jogo, onde todos os jogadores estão no seu próprio campo), tiro de meta, lateral, escanteio (córner), faltas, etc. Além disso, o simulador permite através da programação desenvolver jogadas, passes e estratégias de defesa e ataque.. Programação do Futebol de Robôs da Mauá O problema do futebol de robôs vem sendo estudado desde 003 na Mauá através de um projeto de iniciação científica. Por isto, a equipe apresenta considerável experiência relacionada ao desenvolvimento de algoritmos de inteligência artificial de forma a obter uma estratégia de jogo para partidas de futebol de robôs. Esta experiência está sendo utilizada como base para desenvolvimento dos algoritmos do Soccer Server visando participação na categoria de simulação D da RoboCup Brasil. A inteligência do sistema futebol de robôs funciona em forma de looping conforme ilustrado na Figura.1. O algoritmo tem a função de decidir as ações dos robôs a partir da identificação da localização de cada componente (robôs e bola). A partir da identificação o algoritmo define as decisões do time (estratégia de jogo) e envia estas informações para o simulador de forma que seja atingido o objetivo. Figura.1 Estrutura do Algoritmo de Inteligência Artificial O módulo da estratégia é desenvolvido através de programação em linguagem de alto nível. Cada rotina demora um tempo (certo número de ciclos de máquina) para ser completada. Os módulos de Visão e Hardware são desenvolvidos virtualmente pelo simulador. Como todos os módulos são desenvolvidos diretos no computador isto pode ser efetuado muito mais rapidamente que no futebol de robôs convencional onde existe um atraso de resposta t considerável em cada etapa do sistema. Ainda assim o tempo de processamento nestes módulos deve ser considerado. Por isto será utilizado um 33

3 algoritmo de predição. Nesta estratégia será usada apenas a previsão da bola, experimentalmente. Foi usado um conceito muito simples de semelhança de triangulo, como é mostrado abaixo: Xfuturo = Xatual + Yfuturo = Yatual + Figura. Algoritmo de Predição A diferença entre o valor passado e valor presente é muito pequena, conseqüentemente foi implementado um coeficiente que amplia a extrapolação, ficando da seguinte maneira: Xfuturo = Xatual + coef Yfuturo = Yatual + coef Para explicar a metodologia que será utilizada na programação serão apresentadas separadamente as rotinas que serão desenvolvidas para executar cada uma das seguintes ações: posicionamento dos robôs; colisão de jogadores da mesma equipe; tirar o robô de situações de travamento nas bordas do campo (sair dos cantos); chute ao gol ou passe a bola; estratégias de defesa, ataque e goleiro (individuais para cada jogador). Posicionamento do robô A lógica de programação do algoritmo de posicionamento será aplicado para cada robô para definir a sua movimentação até o destino estabelecido. Serão utilizadas variáveis de tolerância para garantir a aproximação e o adequado posicionamento do robô. Colisão de Jogadores (afasta robô) O algoritmo de colisão foi desenvolvido para impedir a colisão entre jogadores do mesmo time. Utiliza-se como conceito a paralisação do robô quando ele se aproxima de uma área pré-definida delimitada com base nas coordenadas dos outros robôs da mesma equipe. A lógica desenvolvida é ilustrada na figura

4 Figura.3 Ilustração do Afastamento do Robô para Evitar Colisão de Jogadores Situação de travamento (sai dos cantos) Este algoritmo foi desenvolvido para afastar o jogador da parede quando este está muito próximo das bordas do campo. Serão consideradas as seguintes situações: travamento próximo à linha do gol de ataque, travamento próximo do limite inferior do campo (defesa), travamento próximo do limite superior do campo (ataque) e travamento próximo da linha do gol de defesa. Chute ao Gol ou Passe Este algoritmo foi desenvolvido para movimentar o jogador para uma posição estratégica, direcionando-o para chutar e marcar o gol. Este mesmo algoritmo serve para tocar a bola, por exemplo, do zagueiro para o atacante. O equacionamento foi elaborado dividindo a situação em quatro casos, como é mostrado na Figura.4. Figura.4 Demonstração dos Casos considerados no Algoritmo de Chute ao Gol Vamos estudar apenas o equacionamento do caso A (Figura.5) para demonstrar as equações, já que os outros casos são somente variações de sinais: 334

5 Figura.5 Estudo do Caso A para Desenvolvimento do Algoritmo de Chute ao Gol Por semelhanças de triângulos, temos: = x y y = x (.1) x = y (.) A variável pos é uma constante definida pelo programador, e corresponde à distância que o robô se posicionará atrás da bola antes de chutar. e: x = Substituindo as equações (.1) e (.) em (.3) teremos: y + y = pos pos + y pos (.3) x = y = = 1+ Logo se posiciona o robô, para o caso A, da seguinte maneira: No eixo y, o robô estará a y (mm) abaixo da bola. No eixo x, o robô estará a x (mm) atrás da bola. Quando o robô estiver posicionado, ele irá chutar a bola. + x pos (.4) pos x (.5) 1+ Algoritmos para Cada Jogador: Goleiro, Atacante e Defesa. Este algoritmo foi desenvolvido para definir a estratégia para cada robô da equipe. O goleiro obviamente exige uma estratégia totalmente diferente das outras. Para os robôs atacantes e de forma similar para os defensores, os algoritmos terão um aspecto similar. O jogador que atacante / defesa que terá prioridade para movimentar-se em direção à bola será aquele que tiver maior proximidade, salvo situações especiais. Para cada um dos jogadores foram consideradas as seguintes situações: 335

6 Goleiro A bola está na frente ou atrás do goleiro. A bola está fora da área ou dentro da área. A bola está ao alcance do goleiro. Atacante A bola está mais próxima deste atacante ou de outro jogador. A bola está atrás ou à frente do atacante. A bola está ou não alinhada com o gol (está na posição de chute). Defesa A bola está próxima deste jogador de defesa ou de outro jogador. A bola está atrás ou à frente do jogador de defesa. A bola está na área ou há perigo de gol do adversário. A bola está na posição de passe para o atacante ou chute ao gol. 3. Considerações Finais Várias estratégias adicionais serão avaliadas e introduzidas para garantir melhor eficiência na estratégia de jogo. O projeto deve apresentar uma evolução constante, permitindo cada vez mais a avaliação de novas tecnologias e o desenvolvimento de novos algoritmos de controle. De qualquer forma o mais importante é que o projeto seja um incentivo ao aprendizado dos alunos e ao desenvolvimento da inteligência artificial e da programação em linguagem de alto nível. References Assis, W. O., Gomes, M. M., Coelho, A. D., Labate, C. G., Calasso, D. F., Guimarães, F. A., Conde Filho, J. C. G., Pirolo, R. (005) Desenvolvimento de Robôs Autônomos para Participação em Competição de Futebol, In: VII SBAI / II IEEE LARS, São Luís, MA, Setembro. Gomes, M. M., Assis, W. O., Coelho, A. D., Labate, C. G., Calasso, D. F., Conde Filho, J. C. G., Genova, W. J. (005) Uma Nova Equipe de Futebol de Robôs, In: VII SBAI / II IEEE LARS, São Luís, MA, Setembro. Chen, M., Dorer, K., Foroughi, E., Heintz, F., Huang, Z., Kapetanakis, S., Kostiadis, K., Kummeneje, J., Murray, J., Noda, I., Obst, O., Riley, P., Steffens, T., Wang, Y., and Yin, X. (003) RoboCup Soccer Server Users Manual The RoboCup Federation, Fevereiro. 336