Equipo Schönthal del CAFR 2003

Transcripción

1 Equipo Schönthal del CAFR 2003 Silveira, Rodrigo Aguirre, Facundo Silveira, Javier Zabala, Gonzalo Resumen El equipo que presenta el Colegio Schönthal en este campeonato, tiene la particularidad de usar conocimientos que los alumnos hayan adquirido en el nivel medio, evitando el uso de heurísticas o algoritmos que escapen al nivel de entendimiento de esta franja de edad. El trabajo está dividido en cuatro grupos: arquero, defensores, delanteros y jugadas de pelota parada. A partir de un acuerdo general de comportamiento, cada grupo programó los comportamientos en forma individual. Palabras clave: cafr, fira, fútbol-de-robots, simurosot. I. Introducción En el desarrollo del equipo Schönthal se tuvo como objetivo la utilización de los conocimientos que los alumnos de nivel medio adquieren en su cursada. Es por eso que se utilizan elementos de trigonometría sencillos y heurísticas con cálculos simples y de poca predicción. El trabajo se realizó en un taller extraescolar, del cual participaron alumnos y exalumnos del colegio. Dada la complejidad del material que podía utilizarse, el grupo comenzó su tarea basándose meramente en el reglamento y las pocas herramientas que brinda el lenguaje. Para no introducirnos en la complejidad de la elaboración de dll y la instalación de software en las máquinas de los alumnos, los primeros pasos los hicimos en Lingo. Allí encontramos algunas limitaciones con respecto al lenguaje, y finalmente decidimos volcarnos al lenguaje C. Otra dificultad que encontramos fue la necesidad de procesador y placa de video aceleradora para obtener un rendimiento medianamente bueno. No todos los participantes del taller contaban con dicho equipamiento, con lo cual el trabajo entre encuentros estaba bastante limitado. Los primeros pasos que dimos estaban vinculados con las operaciones trigonométricas básicas: cálculo de ángulos, distancia, intersección, etc. Una vez construido un conjunto de herramientas que posibilitaran los cálculos, dividimos el trabajo en cuatro grupos: arquero, defensores, delanteros y jugadas con pelota parada. A partir de allí, el trabajo se realizó por separado. La ventaja de este método fue la posibilidad de desarrollo paralelo, pero por otro lado, en varios puntos hicimos trabajos de más, ya que otro grupo lo había desarrollado. Presentaremos a continuación la heurística de cada uno de estos grupos y una idea de los algoritmos utilizados en los mismos. II. Estrategias utilizadas 1. Comportamiento del Arquero El arquero consta de cuatro reglas o funciones básicas que determinan su accionar, ordenadas según el siguiente orden de prioridad (la primera tiene prioridad para determinar las velocidades de las ruedas izquierda y derecha, si se cumple la condición que necesita, el control de la velocidad será determinado por la función que le sigue, y así

2 sucesivamente). Las cuatro reglas son las siguientes: La primera es "despejar" la pelota (empujándola a máxima velocidad) cuando esta se encuentra en la misma posición X que el arquero (con cierto umbral, resultando en que el arquero la despeja cuando esta se encuentra "arriba" de él). Luego lo que sigue en prioridad es mantener la orientación de forma constante: para atajar, el robot B1 siempre mantiene un ángulo de 270º en el equipo azul y de 90º en el amarillo (paralelo al eje Y), con un margen de error de aproximadamente 5º. Cuando su orientación no cumple estos requisitos, gira hasta alcanzarla. La tercera condición que chequea es su posición respecto al eje X, ya que es muy importante mantenerse "pegado" a los límites de la cancha garantizando que no quede un espacio entre el arquero y la pared por donde pueda pasar la pelota. Cuando el arquero sale o es empujado fuera del rango permitido sobre su eje X, automáticamente vuelve zigzagueando (lo programamos así ya que como generalmente no se aleja demasiado de su X, es una buena forma de retroceder sutilmente sin realizar grandes cambios de orientación que ante un contraataque repentino puede tomar mucho tiempo corregir). Esta función únicamente se pone en funcionamiento si la pelota está a una distancia relativamente grande del arquero (para que en caso de ataque la función de tapar la pelota, explicada a continuación, tenga prioridad). Cuando el arquero se encuentra en posición para defender (o sea, las tres condiciones explicadas arriba se cumplen), lo que hace el arquero es variar su posición sobre el eje Y desplazándose de arriba a abajo. La posición a la que irá está determinada en algunas casos por la posición en Y de la pelota (cuando está quieta o cuando se aleja en X del área) o por la proyección del vector de la dirección de la pelota y su intersección con la X del arquero (esto en la mayoría de los casos permite predecir con mucha antelación donde impactará la pelota, lo cual le da más tiempo al arquero para ubicarse y cubrir el arco en esa posición). De ambas formas, el arquero nunca defiende más allá de los límites del área, manteniéndose entre las posiciones 30 y 50 del eje Y. Está función no tiene ninguna condición, o sea, siempre se ejecutará si las tres condiciones primeras se cumplen. 2. Defensores Los defensores realizan la acción de moverse sobre su eje Y en busca de embestir la pelota y así evitar el paso de la misma. De esta manera obtenemos un arco mas seguro. Los defensores tienen algunas condiciones que deben cumplir, ellas son: que cuando la pelota está detrás de sus ejes X no se mueven para así poder despejar la pelota de nuestra área. Y una condición importante para el desarrollo del juego y la función de los defensores es que cada uno de ellos vuelva a su posición original cuando, por algún motivo, son desplazados de su ubicación determinada. Esto lo realizan apuntando el robot al lugar de origen y avanzando hasta llegar al lugar o retrocediendo según sea necesario. Cuando llegan a este lugar chequean su rotación, que debe ser de 90 grados para los dos equipos, y si no están bien rotados giran hasta encontrar ese ángulo. El trabajo que realizan los defensores para defender es simple: un defensor se ubica en el mismo lugar del eje Y que la pelota, de esta manera logrará embestirla cuando se le 2

3 acerque. Además, el defensor que no va a buscar directamente la pelota se acerca a ella para reforzar la defensa en caso de un eventual pase. Si la pelota esta por debajo de la mitad de la cancha el defensor que esté en esa zona será el encargado de ir a buscarla y el otro el encargado del refuerzo, los roles se invierten cuando la pelota se ubica por arriba de la mitad de cancha. 3. Delanteros Es el grupo que ha presentado mayor dificultad en su desarrollo. Todos los movimientos que se han diseñado son en línea recta, lo que presenta muchas dificultades para lograr un posicionamiento correcto para llevar la pelota hacia el arco. Por otra parte, se intentó desarrollar un robot que pudiera llevar la pelota hacia el arco, pero la inercia de la misma impide un comportamiento correcto en este caso. La heurística utilizada es la siguiente: si el robot se encuentra derecho para patear al arco, da máxima velocidad a sus ruedas para ir hacia la dirección de la pelota. En el caso de no ser así, analiza si la pelota se encuentra en el campo de ataque. Cuando la pelota se encuentra en el campo de ataque, al robot más cercano lo dirige hacia la pelota de la manera que se explicará más adelante. Si no, se ubica detrás de la pelota, a determinada distancia en x y corrido hacia el arco en y, para esperar la oportunidad de quedarse enfrentado al arco. La manera en la que se dirige el robot a la pelota es la siguiente: si se encuentra entre la pelota y el arco de ataque, se dirige a un punto que se encuentra ubicado más atrás y por arriba o por debajo de la pelota según convenga. Si la pelota está entre el jugador y el arco se dirige hacia un punto cercano detrás de la pelota. Si ya alcanzó dicho punto, busca girar para quedar mirando hacia la zona del arco. Y si no sólo está cerca, sino que ya está mirando hacia el arco, se dirige hacia la zona del arco a la mayor velocidad. Un tema que no hemos implementado en forma completa y que es fundamental para el juego es el proceso para esquivar obstáculos. Nuestros delanteros se comportan ciegamente con respecto a sus propios compañeros o al equipo contrario. Por otra parte, los algoritmos que utilizamos para tener un mayor control sobre el jugador para llevar la pelota, hace que sus movimientos sean terriblemente lentos. Este es otro punto que no se ha logrado pulir. 4. Pelotas paradas Para suplir el problema de que no hay forma de saber cuándo se sale del estado que informa el simulador (para las jugadas especiales), se decidió mantener un estado paralelo, denominado realgamestate. En todo momento se guarda en una variable global cuál fue el último estado que informó el simulador. Cuando se detecta que el estado actual es distinto al almacenado, se considera un cambio de estado, y se actualiza el realgamestate de manera acorde. Se registra también en ese momento la posición de la pelota para poder determinar cuándo se recuperar el estado normal del juego. Consideramos que el estado del juego pasó a estado normal cuando la pelota se movió un cierto delta, momento en el cual se pasa el realstategame a PLAY_NORMAL.

4 Aclaración: cuando en una jugada especial el equipo contrario es el que patea, todos los jugadores se comportan de la manera habitual. Jugadas especiales Saque desde el centro (place kick) El robot 4 (ó 5, si la numeración empieza en 1) es el encargado de responder a todas las jugadas especiales en las que el equipo está atacando. El saque de centro hace que el robot 4 empuje la pelota hacia el campo propio, y a partir de allí el juego pasa a estado normal, y sigue como de costumbre. Saque de arco (goal kick) En este caso el arquero patea la pelota hacia el centro de la cancha, y el juego se retoma de manera normal a partir de ese punto. Pique (free ball) Nuevamente el encargado de patear en el pique es el robot 4. De manera similar a la descripta en [CasFarScar02], el robot 4 se acerca a máxima velocidad hacia la pelota, pero cuando está cerca de ella da un leve giro, como para orientar a la misma o bien hacia el centro de la cancha, si en el campo contrario, o bien hacia el lateral más cercano, si está en su propio campo. La idea de esto es aumentar la probabilidad de que otro robot alcance la pelota, si se está atacando, o evitar que el equipo contrario lo haga si se está defendiendo. Tiro libre (free kick) y Penal (penalty kick) En ambos casos el robot 4 se impulsa a máxima velocidad hacia la pelota (previa orientación si es necesario). III. Conclusiones La experiencia de desarrollo de equipos ha sido muy enriquecedora. Probablemente en una futura etapa incorporaremos conocimientos que sean entendibles por los alumnos pero que vayan más allá de los elementos de trigonometría o de programación que reciben en sus cursadas, porque creemos que las herramientas básicas no alcanzan a explotar el espacio de posibilidades que presenta el problema. Otro objetivo, ahora que tenemos desarrollada la base de herramientas del equipo, es ver cuáles de ellas nos han sido útiles y mejorarlas para obtener mayor rendimiento. Por otra parte, nos gustaría organizar un encuentro para escuelas de nivel medio, de manera que los conocimientos para el desarrollo de los equipos sean parejos. Además, hemos pensado desarrollar algunas herramientas propias que nos permitan simular algunos elementos del partido para lograr mayor velocidad de ejecución de los programas, y un ambiente más aislado de prueba y con mejores herramientas de debugging. Por último, una vez que hemos conocido el funcionamiento del simulador, sus problemas y las limitaciones con las que nos encontramos en el momento de definir el comportamiento, comenzaremos a trabajar sobre los equipos ya existentes para aprender las heurísticas y algoritmos que mejoran su rendimiento. Referencias [CasFarScar02] Castelo Claudia, Fassi Hector, Scarpettini Flavio. Fútbol de Robots: Revisión 4

5 del Estado del Arte y Desarrollo del Equipo UBASot de Simulación. Tesis de Licenciatura. Diciembre 2002.