RAC – Robótica
Académica de
Coimbra
Jorge Lobo
Rui Rocha
Jul. 2005
RAC - Robótica Académica de Coimbra
1
Sumário

Enquadramento do projecto

Robôs da RAC
 Hardware
 Cinemática

Software de controlo da equipa

Sistema de Visão Global

Estado do projecto e perspectivas futuras
Jul. 2005
RAC - Robótica Académica de Coimbra
2
Sumário

Enquadramento do projecto

Robôs da RAC
 Hardware
 Cinemática

Software de controlo da equipa

Sistema de Visão Global

Estado do projecto e perspectivas futuras
Jul. 2005
RAC - Robótica Académica de Coimbra
3
Enquadramento da RAC

Objectivo geral: construir uma equipa de futebol robótico
para competir na liga de robôs pequenos do RoboCup
(Small-Size League).


Médio-longo prazo: migrar para RoboCup MSL.
Promoção da robótica móvel no seio do DEEC

Envolvimento de alunos, docentes e investigadores.

Representação da escola em competições de futebol robótico.

Tornar aliciante a aprendizagem de diversas disciplinas.


Mecatrónica, Electrónica, Sistemas Digitais, Programação,
Controlo, Visão por Computador, Inteligência Artificial, etc.
Mais informações:
http://www.deec.uc.pt/~rprocha/RAC/RAC.html
Jul. 2005
RAC - Robótica Académica de Coimbra
4
Sumário

Enquadramento do projecto

Robôs da RAC
 Hardware
 Cinemática

Software de controlo da equipa

Sistema de Visão Global

Estado do projecto e perspectivas futuras
Jul. 2005
RAC - Robótica Académica de Coimbra
5
RacBots
18cm
diame
ter

PC104
STACK
Omni
Whee
l
M
ot
Rotat
or
ing
Dribb
ler
Ki
c
k
er




Jul. 2005
A liga F180 requer robôs rápidos, não necessariamente
muito inteligentes, podendo ter um computador central a
controlar.
Mas na RAC queremos vir a construir robôs autónomos,
capazes de acompanhar a evolução das regras do jogo.
Robôs compactos, rápidos e com movimento
omnidireccional, e kicker.
Configuração básica, o RacSlaveBot, permite cumprir os
requisitos mínimos e apoia-se com computador central para
“fechar a malha” de controlo.
Configuração avançada, o RacSmartBot, com visão própria,
sensores inerciais e capacidade de processamento para
maior autonomia.
RAC - Robótica Académica de Coimbra
6
Hardware do Robô

Via Eden M570 600Mhz CPU

4I65 FPGA based PC104-PLUS Anything I/O card

PC/104 Power Supply V104

7I30 Quad 100 Watt H-bridges

Wireless LAN Mini USB Adapter

Compact Flash IDE Drive

DC Micromotors 12v

...
18cm
diameter
PC104
STACK
Motor
Kicker
OmniWheel Rotating
Dribbler
Jul. 2005
RAC - Robótica Académica de Coimbra
7
RacSlaveBots

Configuração básica

Funciona “escravo” do computador central

...
18cm
diameter
PC104
STACK
Motor
Kicker
OmniWheel Rotating
Dribbler
Jul. 2005
RAC - Robótica Académica de Coimbra
8
RacSmartBots




Inteligente e semi-autónomo
Processamento de imagem
Fusão sensorial
…
Inertial Sensors
Jul. 2005
RAC - Robótica Académica de Coimbra
9
Cinemática Holonómica

18cm
diameter

PC104
STACK
Moto
r
OmniWhee
l
Rodas Omnidireccionais
Configuração omnidireccional
holonómica
Kicke
r
Rotating
Dribbler
Jul. 2005
RAC - Robótica Académica de Coimbra
10
Controlo de Trajectória


FPGA controla cada motor individualmente
Qual deve ser o movimento de cada eixo para se
obter a trajectória pretendida?

Estudo da Cinemática do robô



Cinemática do robô
Cinemática Directa
Cinemática Inversa
Modelo de Controlo

Implementação de um sistema de simulação
em MATLAB/Simulink por forma a simular o
comportamento real do robô.
 Calibração do sistema
 …
Jul. 2005
RAC - Robótica Académica de Coimbra
11
Sumário

Enquadramento do projecto

Robôs da RAC
 Hardware
 Cinemática

Software de controlo da equipa

Sistema de Visão Global

Estado do projecto e perspectivas futuras
Jul. 2005
RAC - Robótica Académica de Coimbra
12
Requisitos do Software de
Controlo da Equipa

Controlo em tempo-real num ambiente muito dinâmico: futebol robótico.

Compromisso entre comportamentos reactivos e deliberativos.


Controlo reactivo: responder rapidamente à ocorrência de novos; importante no
em decisões de muito curto-prazo.

Controlo deliberativo: planeamento inteligente de estratégias de jogo, baseadas
na cooperação entre os robôs futebolistas da equipa.
Na liga dos robôs pequenos (SSL), o controlo centralizado é viável.


Controlo distribuído é a melhor solução na liga dos robôs médios (MSL)


É permitida a colocação de um sensor global: câmara sobre o campo.
Distribuição dos sensores (da informação) e do poder computacional.
Modularidade e flexibilidade.

Fácil evolução através da adição/modificação incremental de módulos de SW.

Permitir a implementação da equipa com níveis de autonomia diferenciados.
Jul. 2005
RAC - Robótica Académica de Coimbra
13
Características da Arquitectura
de Controlo da RAC

Permite controlar a equipa de forma completamente distribuída.

Mas pode ser instanciada com diferentes níveis de autonomia dos robôs:



Ex: controlador do robô num computador remoto / robô usado como um mero actuador.
O controlador de cada robô possui 3 niveis de abstracção.

Estratégico: deliberativo.

Táctico: deliberativo e reactivo.

Operacional: essencialmente reactivo.
Modelo do mundo centralizado baseado em fusão sensorial.

Cada robô pode usar sensores a bordo para ter uma visão parcial do jogo.

O modelo do mundo é um repositório centralizado que faz a fusão de toda a
informação e está acessível a todos os robôs da equipa.

Cada robô usa informação local para exibir comportamentos reactivos.

Escalável para equipas com um número arbitrário de robôs.
Jul. 2005
RAC - Robótica Académica de Coimbra
14
Arquitectura: versão Distribuída
(5)
MNT
HMNSVS
System Monitor
Human Supervisor
(7)
(6)
RFRINT
Referee Interface
(6)
UPDMOD
WM
NTFYEV
Notify Event
World
Model
(7)
QRYMOD
Query Model
(8)
Supervision
Events
Queries
Sensory Fusion
Inter-Agent
AGENT 1
Local
Data
LD
Strategic Control
Local
Data
TCTCTR
Tactic Control
Strategic Control
TCTCTR
Os robôs trocam
informação para
cooperarem.

Modelo do mundo.
OPRCTR
SENSPROC
OPRCTR
Operational Control
Sensory Processing
Operational Control
GLBSENS
SENS
ACT
SENS
ACT
Global Sensors
Sensors
Actuators
Sensors
Actuators
(1, 3)

Fusão sensorial.

Árbitro.

Acesso ao modelo do
mundo pelos robôs.

Notificação automática de
eventos importantes.

Supervisão e
monitorização.
Tactic Control
Sensory Processing
(1, 3)
World
Jul. 2005

STRCTR
SENSPROC
(1)
Sensores globais
AGENT n
STRCTR
Três níveis de controlo.

(9)
(2)
(2)
Robôs

(7)
Update Model
LD

(4)
RAC - Robótica Académica de Coimbra
15
Arquitectura: versão
Centralizada (implementada)
SUPERVISION
Shared
Memor
y
Visualization and
supervision of the team
WM
RFRINT
Referee Interface
RS/23
2 link
BRAIN
INTGLBVIS
Interface with global vision
TCP/I
P link
Centralized
Controller
ACT1
Actuators, robot 1
R1
Jul. 2005
World
Model
ACT2
Actuators, robot 2
Wireless
R2
link /
UDP
RAC - Robótica Académica de Coimbra
ACTn
Actuators, robot n
Rn
16
Sumário

Enquadramento do projecto

Robôs da RAC
 Hardware
 Cinemática

Software de controlo da equipa

Sistema de Visão Global

Estado do projecto e perspectivas futuras
Jul. 2005
RAC - Robótica Académica de Coimbra
17
Sistema de Visão Global
Global camera

Objectivo: obter o
estado do jogo.
 Robôs


da equipa:
Posição, orientação e
velocidade.
 Robôs
Remote PC
Marcas
Bola coloridas
de golf cor-de-laranja
sobre os robôs
adversários:
Toda a informação que
se conseguir obter.
 Bola:

Jul. 2005
Posição e velocidade.
RAC - Robótica Académica de Coimbra
18
Segmentação de Cor
Jul. 2005
RAC - Robótica Académica de Coimbra
19
Sumário

Enquadramento do projecto

Robôs da RAC
 Hardware
 Cinemática

Software de controlo da equipa

Sistema de Visão Global

Estado do projecto e perspectivas futuras
Jul. 2005
RAC - Robótica Académica de Coimbra
20
Conclusão

Estado Actual do Projecto






Protótipo do robô testado com sucesso.
Montagem da 1.ª equipa de robôs: em curso.
Geração e controlo de trajectórias.
Sistema de visão global.
Software de controlo centralizado da equipa.
Perspectivas futuras




Jul. 2005
Realização dos primeiros jogos.
Montagem de um kicker nos robôs.
Software de controlo distribuído da equipa.
Competição ao mais alto nível: RoboCup.
RAC - Robótica Académica de Coimbra
21
Equipa de desenvolvimento da RAC
Jul. 2005
RAC - Robótica Académica de Coimbra
22
Vídeo
(Abr 2005)
Jul. 2005
RAC - Robótica Académica de Coimbra
23