Fotbalové roboty z VUT v Brně mistry Evropy

Fotbalové roboty z VUT v Brně mistry Evropy

Moderní prostředky výpočetní techniky, umělá inteligence a robotické systémy byly a jsou používány pro nejrůznější typy her. Myšlenka sestavit tým miniaturních robotů hrajících fotbal vznikla kolem roku 1995 v Koreji. Následně byla založena mezinárodní organizace FIRA (Federation of International Robot-soccer Association), byly definovány různé kategorie, pravidla hry a od roku 1996 se každoročně pořádají světové i evropské šampionáty. Nejzajímavější je kategorie MiroSot, ve které hrají proti sobě tříčlenná mužstva robotů, jejichž rozměry jsou omezeny krychlí o straně 7 cm. Letošní mistrovství Evropy mělo dva primáty: poprvé se konalo v České republice (7. června 2001 na VŠB-TU v Ostravě) a poprvé se soutěže účastnily české týmy. Tradičními účastníky byly skupiny z Německa, Rakouska a Polska. Zejména Rakousko má v této kategorii významné postavení, a to díky dlouholeté práci skupiny prof. Kopacka z TU Wien, známého odborníka v oblasti automatického řízení a kybernetiky. Robotický tým VUT v Brně zvítězil v semifinále právě nad týmem vídeňské univerzity 10:3 a ve finále porazil tým TU Dortmund v poměru 5:2. Studenti a výzkumní pracovníci země, která dala světu slovo robot, slavili významný úspěch.

Z technického hlediska má systém robotického fotbalu tři části: roboty-hráče, identifikaci polohy míče a hráčů obou mužstev a strategii hry.

Robot-hráč je mobilní jednotka poháněná dvěma nezávisle řízenými elektromotorky spojenými se dvěma hnacími koly (obr. 1). Každý robot je vybaven řídicím mikroprocesorem a komunikačními moduly pro bezdrátovou komunikaci s nadřazeným počítačem. Úkolem mikroprocesoru je dekódovat signály z nadřazeného počítače a pomocí regulačních obvodů s polohovou zpětnou vazbou řídit motory robotu tak, aby bylo v co nejkratší době dosaženo jeho žádané polohy na hrací ploše. K řízení je použita pulsní modulace signálu a regulátory jsou typu PID. V případě, že je žádána i určitá rychlost pohybu hráče, je použita i smyčka rychlostní zpětné vazby. Zdrojem energie je devět NiMH akumulátorů.

Modul počítačového vidění tvoří barevná CCD kamera, speciální karta pro primární rozlišení barev, obvody spojení s nadřazeným počítačem a program pro identifikaci objektů. Hraje se golfovým míčkem oranžové barvy. K identifikaci hráčů slouží čtyři barevné čtverce umístěné na horní ploše krychle každého hráče. Identifikují se vlastní a protivníkovi hráči a brankáři. Každý tým má jednoho brankáře a dva hráče, kteří podle herní situace plní roli obránců nebo útočníků (obr. 2). Pravidla definují nedovolené zákroky, které „píská“ lidský rozhodčí. Pouze v případě faulu, patové situace (např. dva hráči se přetlačují čelem k sobě) nebo nařízené penalty se do hry zapojuje lidská obsluha týmu. Jinak vše probíhá pouze podle programu uloženého v modulu strategie v nadřazeném počítači (typ PC). Nad hřištěm o rozměrech 150 × 130 cm má každý tým umístěnou vlastní kameru (obr. 3). Podstatnou roli hraje rychlost snímání scény. Tým VUT dosáhl díky speciální konstrukci hardwaru rychlosti 50 snímků za sekundu.

Strategie řízení má čtyři úrovně. Na nejvyšší úrovni s použitím metod umělé inteligence a počtu pravděpodobnosti program vybírá nejvhodnější akce. Výsledkem této operace jsou rozhodnutí typu: dotek s míčem, kopnutí, obrana, stůj za míčem apod. Ve většině případů je ke správnému rozhodnutí nutná i znalost polohy a predikce možných pohybů hráčů protivníka. K vybrané akci se ve druhé nejvyšší úrovni naplánuje odpovídající dráha robotu (v případě potřebné spolupráce i několika robotů). Úkolem třetí úrovně řízení je najít pro zadanou dráhu (popř. i rychlost) odpovídající pohyby kol, tj. motorků jednotlivých hráčů. Čtvrtá úroveň pak již realizuje potřebné impulsy pro napájení motorků. Ve stadiu zkoušek je modul adaptace, který podle zaznamenaných pohybů protivníka ještě během hry přizpůsobuje vlastní herní strategii.

Problematikou robotického fotbalu v kategorii MiroSot se v Ústavu automatizace a měřicí techniky Fakulty elektrotechniky a informatiky VUT v Brně (ÚAMT) zabývá výzkumná skupina pod vedením doc. Ing. F. Šolce, CSc. Práce byly zahájeny v letech 1998 a 1999. K výraznému úspěchu přispělo zejména zapojení této skupiny do Centra aplikované kybernetiky (CAK; projekt LN00 B096, vedoucí prof. Ing. V. Kučera, DrSc., hlavní řešitelské pracoviště FEL ČVUT). Ve skupině umělé inteligence a robotiky CAK pracují tři zaměstnanci, dva doktorandi a několik studentů oboru Kybernetika, automatizace a měření. Projekt týmu MiroSot řešili tři studenti jako diplomovou práci inženýrského (magisterského) studia ve školním roce 2000/2001.