Hierarchical Reactive Control for Soccer Playing Humanoid Robots

What drives thousands of researchers worldwide to devote their creativity and energy t

Artificial Intelligence and Systems Theory: Applied to Cooperative Robots

This paper describes an approach to the design of a population of cooperative robots based on concepts borrowed from Systems Theory and Artificial Intelligence. The research has been developed under the SocRob project, carried out by the Intelligent Systems Laboratory at the Institute for Systems and Robotics - Instituto Superior Tecnico (ISR/IST) in Lisbon. The acronym of the project stands both for "Society of Robots" and "Soccer Robots", the case study where we are testing our population of robots. Designing soccer robots is a very challenging problem, where the robots must act not only to shoot a ball towards the goal, but also to detect and avoid static (walls, stopped robots) and dynamic (moving robots) obstacles. Furthermore, they must cooperate to defeat an opposing team. Our past and current research in soccer robotics includes cooperative sensor fusion for world modeling, object recognition and tracking, robot navigation, multi-robot distributed task planning and coordination, including cooperative reinforcement learning in cooperative and adversarial environments, and behavior-based architectures for real time task execution of cooperating robot teams

Les Trois Mousquetaires Team Description

International audienceThis paper presents the French team composition and describes the research objectives for its participation in the 2009 RoboCup event. This will be the rst year the French team will be involved in the Standard Platform League with four NAO humanoid robots

Object detection in robotics using morphological information

Mestrado em Engenharia Electrónica e TelecomunicaçõesUma das componentes mais importantes em sistemas de processamento de imagem é a detecção de objectos de interesse. Contudo, a detecção de objectos é um desafio. Dada uma imagem arbitrária e assumindo que se está interessado em localizar um determinado objecto, o grande objectivo da detecção de objectos passa por determinar se existe ou não qualquer objecto de interesse. Esta tese encontra-se inserida no domínio do RoboCup e foca o desenvolvimento de algoritmos para a detecção de bolas oficiais da FIFA, um objecto importante no futebol robótico. Para atingir o objectivo principal, foram desenvolvidos três algoritmos para detectar bolas de futebol com cores arbitrárias, usando informação morfológica obtida através do detector de cortornos Canny e da tranformada de Hough. Em primeiro lugar, foi desenvolvida uma abordagem onde se implementou um algoritmo específico usando a transformada de Hough circular. Em segundo lugar, foi implementado um algoritmo que utiliza uma função da biblioteca OpenCV dedicada à procura de círculos em imagens. Finalmente, os dois primeiros algoritmos foram agrupados para criar uma nova abordagem, na qual ambos os algoritmos são usados. São apresentados resultados experimentais que mostram que os algoritmos desenvolvidos são precisos, sendo capazes de realizar a detecção da bola de forma confiável em situações de tempo-real. ABSTRACT: One of the most important steps in image processing systems is the detection of objects of interest. However, object detection is a challenging task. Given an arbitrary image and assuming that we are interested in locating a particular object, the goal of object detection is to determine whether or not there is any object of interest. This thesis is inserted in the RoboCup domain and is focused on the development of algorithms for the detection of arbitrary FIFA balls, an important object for soccer robots. To achieve the main objective, we developed three algorithms to detect arbitrary soccer balls using morphological information given by the Canny edge detector and the Hough Transform. First, it was developed an approach where we implemented a specific algorithm using the circular Hough Transform, applied after the segmentation of the acquired image. Secondly, it was implemented an algorithm that uses a function of the OpenCV library dedicated to the search of circles in images. Finally, the two first algorithms were joined to create a new approach in which both of the algorithms are used. Experimental results are presented, showing that the developed algorithms are accurate, being capable of reliable ball detection in real-time situations

FC Portugal - High-Level Skills Within A Multi-Agent Environment

Ao longo dos anos a RoboCup, uma competição internacional de robótica e da inteligência artificia, foi palco de muitos desenvolvimentos e melhorias nestes duas áreas científicas. Esta competição tem diferentes desafios, incluindo uma liga de simulação 3D (Simulation 3D League). Anualmente, ocorre um torneio de jogos de futebol simulados entre as várias equipas participantes na Simulation 3D League, todas estas equipas deveram ser compostas por 11 robôs humanoides. Esta simulação obedece às leis da física de modo a se aproximar das circunstâncias dos jogos reais. Além disso, as regras da competição são semelhantes às regras originais do futebol com algumas alterações e adaptações. A equipa portuguesa, o FC Portugal 3D é um participante assíduo nos torneios desta liga e chegou até a ser vitoriosa várias vezes nos últimos anos, no entanto, para participar nesta competição é necessário que as equipas tenham os seus agentes capazes de executar skills (ou habilidades) de baixo nível como andar, chutar e levantar-se. O bom registo da equipa FC Portugal 3D advém do facto de os métodos utilizados para treinar os seus jogadores serem continuamente melhorados resultando em melhores habilidades. De facto, considera-se que estes comportamentos de baixo nível estão num ponto em que é possível mudar o foco das implementações para competências de alto nível que deveram ser baseadas nestas competências fundamentais de baixo nível. O futebol pode ser visto como um jogo cooperativo onde jogadores da mesma equipa têm de trabalhar em conjunto para vencer os seus adversários, consequentemente, este jogo é considerado como um bom ambiente para desenvolver, testar e aplicar implementações relativas a cooperações multi-agente. Com isto em mente, o objetivo desta dissertação é construir uma setplay multi-agente baseada nas skills de baixo nível previamente implementadas pela FC Portugal para serem usadas em situações de jogo específicas em que a intenção principal é marcar um golo. Recentemente, muitos participantes da 3D League (incluindo a equipa portuguesa) têm desenvolvido competências utilizando métodos de Deep Reinforcement Learning obtendo resultados satisfatórios num tempo razoável. A abordagem adotada neste projeto foi a de utilizar o algoritmo de Reinforcement Learning, PPO, para treinar todos os ambientes criados com o intuito de desenvolver a setplay pretendida, os resultados dos treinos estão presentes no penúltimo capítulo deste documento seguidos de sugestões para implementações futuras.Throughout the years the RoboCup, an international competition of robotics and artificial intelligence, saw many developments and improvements in these scientific fields. This competition has different types of challenges including a 3D Simulation League that has an annual tournament of simulated soccer games played between several teams each composed of 11 simulated humanoid robots. The simulation obeys the laws of physics in order to approximate the games as much as possible to real circumstances, in addition, the rules are similar to the original soccer rules with a few alterations and adaptations. The Portuguese team, FC Portugal 3D has been an assiduous participant in this league tournaments and was even victorious several times in the past years, nonetheless, to participate in this competition is necessary for teams to have their agents able to execute low-level skills such as walk, kick and get up. The good record of the FC Portugal 3D team comes from the fact that the methods used to train the robots keep being improved, resulting in better skills. As a manner of fact, it is considered that these low-level behaviors are at a point that is possible to shift the implementations' focus to high-level skills based on these fundamental low-level skills. Soccer can be seen as a cooperative game where players from the same team have to work together to beat their opponents, consequently, this game is considered to be a good environment to develop, test, and apply cooperative multi-agent implementations. With this in mind, the objective of this dissertation is to construct a multi-agent setplay based on FC Portugal's low-level skills to be used in certain game situations where the main intent is to score a goal. Recently, many 3D League participants (including the Portuguese team) have been developing skills using Deep Learning methods and obtaining successful results in a reasonable time. The approach taken on this project was to use the Reinforcement Learning algorithm PPO to train all the environments that were created to develop the intended setplay, the results of the training are present in the second-to-last chapter of this document followed by suggestions for future implementations

Holonomic control and behaviours for the CAMBADA robotic soccer team

Mestrado em Engenharia de Computadores e TelemáticaCAMBADA é a equipa de futebol robótico da liga de tamanho médio do RoboCup criada por investigadores do grupo ATRI do IEETA da Universidade de Aveiro. Esta dissertação apresenta as contribuições desenvolvidas no controlo do movimento holonómico e comportamentos de alto-nível. Ao nível do controlo do movimento, várias restrições que afectam o movimento holonómico foram tratadas. Isto é de vital importância visto que dado o ambiente altamente dinâmico de um jogo de futebol é crucial mover e posicionar os robots eficazmente no campo. Ao nivel dos comportamentos, dada a importância da bola no jogo de futebol, e considerando o trabalho realizado no que diz respeito à estimativa da velocidade da bola, o comportamento de intercepção activa foi desenvolvido permitindo aos robots apanhar a bola prevendo o seu movimento em vez de se moverem directamente para a ela considerando-a estática. Dada a autonomia completa dos robots, a sua percepção do mundo deve ser o mais próxima possivel da realidade. De modo a fornecer, ao robot, informação adicional respeitante ao estado do jogo, um método para determinar se está preso foi desenvolvido. O trabalho implementado melhorou a performance da equipa e contribuiu para vitória de um campeonato nacional, Robótica’09, e a um notável terceiro lugar no RoboCup’09 em Graz, ´Austria. ABSTRACT: CAMBADA is the RoboCup Middle Size League robotic soccer team created by researchers of the ATRI group of IEETA of University of Aveiro. This thesis presents the developed contributions in holonomic motion control and high-level behaviours. At the motion control level, several restrictions affecting holonomic motion were addressed. This is of vital importance since that given the highly dynamic environment of a soccer game it is crucial to move and position the robots efficiently in the field. At the behaviours level, given the importance of the ball in the soccer game, and considering previous work regarding the estimation of the ball velocity, the active interception behaviour was implemented allowing the robots to engage the ball predicting its movement rather than moving directly to it considering it static. Given the full autonomy of the robots, their perception of the game should be as close to reality as possible. In order to supply additional information to the robot regarding the state of the game, a method to detect if it is stuck was developed. The implemented work improved the team performance and contributed to the victory of a National Championship (Robótica’09) and a remarkable third-place in the RoboCup 2009 in Graz, Austria