Немного о футболе роботов WRO gen.III. Часть 3

Во второй части статьи наш робот-нападающий научился выполнять маневр, дающий ему шанс забить мяч в ворота соперников: он двигался к мячу, выбирал кратчайшую траекторию для его объезда, достигал точки, лежащей на прямой, соединяющей мяч и ворота, после чего разворачивался и ударял по мячу, пытаясь сохранить направление на ворота.

Как мы выяснили ранее, угол, при котором будет достигнута точка схода с "орбиты" и направление на ворота соперников зависят от расположения мяча на поле. Если принять направление на ворота соперников за 0 градусов, то точка схода с орбиты при движении робота вокруг мяча против часовой стрелки будет достигнута при 90 градусах, а при движении по часовой стрелке - при -90 градусах относительно направления на ворота.

В разных точках поля меняться будет только направление на ворота соперников, а указанное соотношение углов будет сохраняться. Но это все хорошо в теории, в реальных условиях один из углов легко может быть например 78 градусов, а другой -104. Это обусловлено как мы уже обсуждали ранее несовершенством датчика-компаса и магнитными наводками.
Таким образом для каждой точки поля (или его выделенной зоны) нам необходимы заранее сохраненные в памяти робота направления на ворота соперников и пара точек схода. Сколько будет таких точек (зон) - зависит от требуемой точности наведения на ворота (и, следовательно, разрешения воображаемой системы координат, делящей поле на зоны).

Очевидно, что чем рассматриваемая зона поля ближе к воротам соперников и чем она дальше от "горизонтальной" оси поля (напомним, что мы рассматриваем поле как 2D плоскость), тем угол "атаки" будет больше, см. рис. (a > b)

Теперь давайте поговорим о том, каким образом нападающий должен установить в какой конкретно точке (зоне) поля он находится, чтобы начать работать в соответствии с углами, актуальными для данной точки. Снова обратимся к регламенту и вспомним, что нападающий может иметь на борту дальномер, обращенный вправо, а измерять расстояние им он может только в направлении правого борта (относительно своих ворот), см. рис

Полагаясь на полученную с дальномера информацию нападающий может определить свою "вертикальную" координату на поле. Если никакой другой информации нет, то "горизонтальная" координата должна использоваться либо некая средняя (соответствующая центру поля), либо смещенная к воротам соперников. Выбор между этими вариантами можно сделать исходя из мощности "пиналки" на роботе, если она сильная, выгоднее фиксировать "горизонтальную" координату по центру поля, если слабая - ближе к воротам.

Футбол - командная игра и поэтому регламентом разрешено использовать Bluetooth для взаимодействия роботов в команде. Это открывает широкие тактические возможности, например беспроводную связь можно использовать для получения "горизонтальной" координаты нападающим от вратаря.

Действительно, вратарь, стоя в защите, располагает информацией об удаленности мяча (приблизительной) и угле, образованном направлением на мяч и направлением на ворота соперников:

Зная данный угол вратарь может определить точку поля (зону) в которой находится в данный момент мяч и передать ее координаты нападающему.

Информация о координатах с дальномера нападающего и координаты, передаваемые между роботами должны снабжаться временной меткой. На основании временной метки робот будет понимать, какая из них более актуальна, "Устаревшая" информация не должна использоваться для навигации нападающего, он должен ее игнорировать, действуя так же, как будто этой информации нет вовсе (работать по средним зонам).

В следующей части статьи мы поговорим о вратаре, рассмотрим основные моменты в алгоритме его работы и вплотную подойдем к наиболее неоднозначному моменту - возврату вратаря на ворота после попытки отбить мяч.

Немного о футболе роботов WRO gen.III. Часть 1

В прошлом сезоне наша команда открыла для себя такие замечательные соревнования, как футбол роботов WRO.

Если вы помните, в цикле "Строим из LEGO Mindstorms и Technic" выходило несколько серий на эту тему:

1) Робот-футболист Карандаша и Самоделкина: Нападающий
2) Робот-футболист Карандаша и Самоделкина: Вратарь
3) Робот-футболист Карандаша и Самоделкина: Нападающий 2.0
4) Робот-футболист Карандаша и Самоделкина: Как это работает

Мы с нуля изучали новое для нас направление, зачастую "изобретая велосипед", так как материалов в открытом доступе по данному виду соревнований очень мало. Очень помогли нам пара видео от команды "Омега", в которых ребята рассказывают об особенностях своих роботов. Надеемся, что наши публикации тоже подтолкнут вас поделиться своими наработками, идеями и даже немного с нами поспорить.

Первого нападающего в сезоне 2015 мы строили по старым регламентам 2014г, тогда еще был разрешен дриблинг и поэтому нам удалось хотя бы на домашнем поле посмотреть на игру с применением этого способа удерживания и ведения мяча.

Позднее, в сезоне 2015 в правила были внесены изменения и дриблинг запретили, поэтому следующий нападающий (мы назвали его Нападающий 2.0) пытался забить мяч используя другие приемы, о которых вы можете узнать посмотрев соответствующее видео по ссылке выше.

Сезон 2016

WRO сезона 2016 привнесло в регламент футбола новые изменения и теперь он называется "третьим поколением футбола WRO" (WRO Football gen.III). Кардинально изменилось поле, теперь игра идет на ковре, на поле нет цветовой зональной разметки. Появились высокие борта для ориентации роботов на поле с применением дальномеров. Конструктивно изменились ворота - за счет изменения их глубины поле кажется огромным и появился больший простор для маневров. Выглядит поле теперь так:

Роботам разрешили использовать датчик цвета Hitechnic, а для ориентации на поле установить дальномер - причем он должен быть ориентирован строго вправо. Правила регламентируют использование дальномера нападающим только когда робот ориентирован в направлении ворот соперников (датчик смотрит вправо):

Вратарю - когда его датчик ориентирован в направлении ворот, которые он защищает

Либо когда вратарь направлен на ворота соперников (датчик смотрит вправо) с оговоркой, что находясь вне штрафной площадки он не должен создавать УЗ-помех другим роботам:

Давайте немного поговорим о том, какие приемы могут быть использованы для игры в текущем сезоне. Начнем, пожалуй, с нападающего.

Нападающий

Задача нападающего - забить мяч в ворота соперников. Казалось бы, вон он - мяч, а вот - ворота, езжай да забивай! Но не все так просто. Если раньше достаточно было доехать до мяча, ориентируясь на его излучение и "схватив" его вести к воротам или развернув его ударить по ним, то начиная с прошлого сезона "хватать" мяч нельзя.

Давайте подумаем, как бы человек действовал на месте робота? Наверное оглянулся бы в поисках мяча и, заметив его, развернулся к нему лицом, затем побежал бы в его сторону. Может ли робот сделать тоже самое? Может! Правда у него нет головы и шеи, поэтому ему придется развернуться всем корпусом, пока излучение от ИК-мяча не будет строго одинаково с его левой и правой стороны (шаг 1)

В какую сторону выгоднее разворачиваться? В отличии от человека, который развернет голову в поисках мяча наугад, робот чувствует мяч буквально затылком и может начать разворот выбрав сторону, с которой сила излучения мяча интенсивнее
Разворот на месте можно заменить разворотом в движении, тогда робот начав двигаться по луге, ляжет на курс, ведущий к мячу (вариант 1а):

Далее начинается долгий извиистый путь к мячу. Это действительно так, потому как на поле наш робот не единственный кому нужен мяч и пока он едет в его направлении, мяч может быть сдвинут другим роботом. В этом случае движение должно быть скорректировано с учетом нового направления на мяч путем разворота на месте или в движении:

Мы "бежим" на мяч, судорожно соображая, что делать дальше. Очеидно, что если робот продолжит прямолинейное движение он ударит меч и тот покатится в направлении движения робота, но ведь нам нужно подтолкнуть его к воротам, как же быть?

При прохождении некоей точки, лежащей на пути следования на мяч (назовем ее точкой невозврата, см. шаг 3) робот должен принять решение, с какой стороны ему нужно обойти мяч, чтобы оказаться на линии, соединяющей вражеские ворота и мяч так, чтобы мяч оказался между ним и воротами:

Сделать это он может двумя способами - объехав мяч слева или справа. Принять решение об оптимальном пути объезда можно на основе показаний датчика компаса. Если отклонение от направления на ворота соперников положительное (как на рисунке выше), объезжать следует справа, иначе - слева.

Кратчайшая траектория объезда мяча, при которой отсутствует риск случайно задеть его корпусом - окружность с радиусом, равным расстоянию от точки невозврата до центра мяча.

Приняв решение, с какой стороны объезжать мяч, робот должен начать движение по окружности, которую мы назвали "орбитой", до точки схода с нее (см. шаг 4 на рисунке выше). Двигаться вокруг мяча по окружности можно опираясь на показания датчика-поисковика мяча, Такой круг можно описать, если удерживать его показания в одной из боковых зон (в зависимости от нужного направления движения - по часовой стрелке или против).

Далее начинается самое интересное - в какой точке мы должны сойти с орбиты? Очевидно, что это будет точка ее пересечения с прямой, проложенной через мяч и центр вражеских ворот. Для схода с орбиты мы должны опираться на показания датчика компаса и знание о том, по часовой стрелке мы описываем орбиту или против, но об этом - в следующей части статьи

Робот-футболист Карандаша и Самоделкина: Как это работает

Согласно п. 6.2.1 регламента Футбола роботов WRO gen2, на соревнованиях по отбору команд на российский этап Всемирной олимпиады роботов WRO 2015, проходивших 22-23 мая в центре робототехники "R2D2 Samara", с участниками провели собеседование, где они объясняли работу их роботов. Перед собеседованием роботы были собраны и отлажены ребятами в пределах времени, ограниченного 2 часами.

Робот-футболист Карандаша и Самоделкина: Нападающий 2.0

В правила WRO Football gen2 сезона 2015 внезапно были внесены существенные изменения, в частности робот теперь не может удерживать мяч используя дриблинг, теперь нет аутов и нейтральных зон. Конструкция нашего нападающего, построенного в первой части, увы не соответствует правилам и мы решили построить нового.

Робот-футболист Карандаша и Самоделкина: Вратарь

В 65-й серии "Строим из LEGO Mindstorms и Technic" "Карандаш и Самоделкин" собирают второго игрока своей робо-футбольной команды - вратаря. Робот способен защищать ворота своей команды, отслеживая мяч и выезжать из ворот в попытках отбить его из вратарской зоны. Умеет вернуться к защищаемым им воротам, будучи помещенным в произвольную точку поля. Использованы LEGO Mindstorms NXT, Hitechnic WRO Football Kit. Программа робота написана на NXT-G.

Робот-футболист Карандаша и Самоделкина: Нападающий

В 62-й серии "Строим из LEGO Mindstorms и Technic" "Карандаш и Самоделкин" собирают первого автономного робота-футболиста своей команды - нападающего. Использованы LEGO Mindstorms NXT, Hitechnic WRO Football Kit.

Подготовка к областному турниру мобильных роботов 2014

Немного о том, как "Карандаш и Самоделкин" готовились к областному турниру мобильных роботов в секциях "Стена" и "Кегельринг-МАКРО". Конструктивные особенности роботов, общее описание алгоритмов работы и тестовые заезды.

Подготовка к фестивалю по робототехнике 2014. Карандаш и Самоделкин

Подготовка команды "Карандаш и Самоделкин" к соревнованиям по робототехнике в секциях гонки шагающих роботов и сумо роботов. Конструкции и варианты шагающих роботов. Описание алгоритма работы сумо-робота на базе EV3, конструктивные особенности и тестовые заезды.

Подготовка к турниру мобильных роботов 2013

"Следование по линии": LEGO NXT, 3 датчика, ПИД-алгоритм, подвеска и колеса 94,3x38R. "Траектория" - линия с перекрестками на поле с чередующимися инверсными зонами. "Кегельринг-КВАДРО" - EV3, создание программы, оптимизация.

WRO 2013. Подготовка

Серьезные соревнования = серьезные требования. Робота нужно собрать и протестировать за час не пользуясь подсказками. "Карандаш и Самоделкин" тренируются в сборке и отлаживают робота для участия в соревнованиях "Батик".

Подготовка к фестивалю робототехники 2013. Карандаш и Самоделкин

Подготовка к соревнованиям в секции сумо роботов. Описание алгоритма работы робота, поиск и тестирование различных конструктивных решений

Подготовка к областному турниру мобильных роботов 2012. Карандаш и Самоделкин

Подготовка к турниру, описание конструкций и алгоритмов роботов, поиск удачных решений. Секции следование по линии, траектория, кегельринг.

Папай. Подготовка к фестивалю робототехники 2012

Подготовка к первым соревнованиям в секциях траектория, кегельринг, кегельринг-квадро. Простые алгоритмы для начинающих