COFFEE & COOCKIE: ROBÔS QUE JOGAM COM RAÇA

Jonas Sousa Santos1, Matheus Antonio Ribeiro Gouveia1, Pedro Vitor Sousa Castro1, Talles Gabriel Sousa Caputo1, Alda de Paiva Castro1, Ronaldo Antônio de Castro1

1ESCOLA ESTADUAL “AFONSO PENA JÚNIOR” Praça Ministro Gabriel Passos, 587, Centro

36350-000 – São Tiago – MG

Abstract: This article describes strategies for assembling and programming autonomous robots named: Coffee & Coockie, robots playing with race.

Keywords: Café-com-Byte, CBR, Coffee, Coockie, LEGO, NXT, BricxCC, NXC

Resumo: Este artigo descreve as estratégias de montagem e programação de robôs autônomos nomeados: Coffee & Coockie, robôs que jogam com raça.

Palavras chave: Café-com-Byte, CBR, Coffee, Coockie, LEGO, NXT, BricxCC, NXC.

1 INTRODUÇÃO

A equipe Café-com-Byte Júnior II é formada por alunos do 9º ano do ensino Fundamental e tem como objetivo principal descrever o projeto desenvolvido para participar da Competição Brasileira de Robótica 2013 (CBR) [1], na categoria “Junior

Soccer Primary”. Para isso, a equipe desenvolveu e programou robôs totalmente autônomos para partidas de futebol, onde deverão desempenhar o papel de um goleiro (Coockie) e de um atacante (Coffee).

2 DESCREVENDO O AMBIENTE

2.1 Campo

O campo de futebol para a categoria “Junior Soccer

Primary” [2], terá medidas de 122 (cento e vinte e dois) cm por 183 (cento e oitenta e três) cm e terá linha branca em torno, para demarcar as laterais do campo, onde haverá paredes em todos os lados com medida aproximada de 14 (quatorze) cm de altura e pintadas de preto fosco. Entre as paredes e a linha branca existirá uma área extra de 30 (trinta) centímetros, portanto, as dimensões totais do campo são 182 (cento e oitenta e dois) cm por 243 (duzentos e quarenta e três) cm. O piso será de carpete verde colocado sobre uma superfície rígida. Há sobre o piso cinco pontos neutros: o meio de campo e outros quatros posicionados na reta da trave e a uma distância de 45 (quarenta e cinco) cm da mesma. O círculo central tem 60 (sessenta) cm de diâmetro. Existe também uma área de pênalti, conhecida no futebol como grande área, tendo 90 (noventa) cm de comprimento e 30 (trinta) cm de

largura. Essas áreas são demarcadas com linha negra de 20 (vinte) mm.

2.2 Gols A largura de cada gol é de 60 (sessenta) cm, a altura é de 10 (dez) cm e a profundidade é de 7,4 cm, cen-tralizados em cada um dos lados menores do campo. As traves dos gols são colocadas sobre a linha bran-ca que delimita o campo. Há também uma barra horizontal sobre o gol que não permite a entrada do robô dentro do gol. O piso, as paredes e a barra transversal são pintados de amarelo (gol de um dos lados) ou de azul (gol do lado oposto). A parte exte-rior é pintada de preto.

2.3 Bola

A bola é uma esfera de plástico transparente, que contém em seu interior diodos emissores de luz infravermelha.

2.4 Partida O jogo será dividido em dois tempos iguais de 10 (dez) minutos cada. Haverá uma pausa de 5 (cinco) minutos entre um tempo e outro. Esta contagem será paralisada apenas no caso do árbitro querer consul-tar um juiz. Os times devem estar próximos à mesa na qual irão competir 5 (cinco) minutos antes do início de sua partida. Caso um time não se apresente em até 5 (cinco) minutos ou atrase o início do jogo serão penaliza-dos. Como o capitão pode tocar no robô apenas no início da partida, a menos que o árbitro autorize, todos os

robôs devem estar parados e posicionados em seus respectivos lados do campo, a bola será posicionada no centro do campo pelo árbitro. Cada tempo se inicia com um chute de saída, o time que realizará o chute posiciona seus robôs no campo primeiro, estes não poderão ser posicionados atrás da linha do gol ou na área externa do campo, nem serem movidos após seu posicionamento. Em segui-da, o time adversário deverá posicionar seus robôs no campo de defesa, os robôs devem estar a uma distância de pelo menos 30 (trinta) cm da bola, ou seja, fora do círculo central. Um gol é marcado quando todo o corpo da bola está dentro do gol ou quando a bola toca sua parede do fundo.

3 OS ROBÔS

Os robôs, Coffee e Coockie (Figura 1), foram proje-tados utilizando kits de montagem LEGO Minds-torms NXT 2.0 [3], que possuem controladores lógicos programáveis, onde é processada toda a lógica da programação. Dessa forma, ao receber informações dos sensores, executam de acordo com a programação e definem as tarefas a serem execu-tadas pelo robô. Cada robô é composto por servos motores, sensores de bússola, sensores infravermelhos e sensores ul-trassônicos, além de algumas peças construídas pela própria equipe. Uma vez que as habilidades técnicas dos robôs so-madas à estratégia tática contribuem para o resulta-do de uma partida de futebol, torna-se necessário a construção e programação de robôs ágeis e resisten-tes, capazes de cumprir todas as funções exigidas em uma partida de futebol, tais como procurar a bola, chutar ao gol, interação e comunicação com o robô companheiro. Dessa forma, para que o robô atacante possa se movimentar juntamente com a bola (estratégia mais conhecida como dribbler) foram usados dois servos motores, um para auxílio deste movimento e um para chute quando for locali-zado o gol do adversário. Para movimento e locali-zação do robô na pista foram conectados ao mesmo mais dois servos motores (no atacante) e três (no goleiro), além de rodas omnidirecionais, que possi-bilitam o movimento em qualquer direção e forne-cem agilidade ao robô. Como os mesmos necessitam de mais portas de saída (outputs), por conta da limi-tação de 03(três) outputs (saídas para os atuadores: motores e lâmpadas) no NXT, foram utilizados um controlador no robô atacante e um “HiTechnic Sen-

sor Multiplexer”, além de quatro sensores ultrassô-nicos, um sensor de bússola e um sensor infraverme-lho. O robô goleiro também foi projetado contendo um bloco programável, dois sensores ultrassônicos, um sensor de bússola e um sensor infravermelho. Na tentativa de deixá-lo ágil e compacto foi estruturado com três servos motores para locomoção no campo.

Figura 1: Robôs goleiro e atacante e a bola de jogo

(desligada)

4 SENSORES Sensores são dispositivos que possibilitam a intera-ção do robô com o ambiente, detectando informa-ções sobre o meio onde ele está inserido e transmi-tindo-as para o controlador do robô. Dessa forma, para que os robôs sejam capazes de jogar partidas de futebol, torna-se necessário o uso de alguns senso-res. Dentre eles podemos citar: • Sensor de bússola (“compass”): informa ao

robô o ângulo em que ele se encontra no campo. Sua vantagem é que informa o valor absoluto, que não depende do estado anterior do robô.

• Sensor ultrassônico: realiza uma função que se equipara a visão de proximidade do ser huma-no, funcionando de maneira semelhante ao sis-tema de locomoção dos morcegos, desviando obstáculos e se localizando no ambiente. O sen-sor percebe obstáculos calculando o tempo de retorno de uma onda sonora refletida pelo obje-to e utiliza uma escala de 0 (zero) até 255. As-sim, durante a partida, terá como objetivos, no robô atacante, depois que ele se posiciona com o auxílio da bússola no gol, calcular a distância para poder efetuar o chute e detectar a distância de jogadores do outro time. No robô goleiro, deve auxiliar o posicionamento do mesmo, de forma que possa sempre ficar na frente do gol e identificar outros robôs adversários.

• Sensor infravermelho: é utilizado para localizar a bola, que emite luz infravermelha.

5 LINGUAGEM E AMBIENTE DE PRO-GRAMAÇÃO

A linguagem utilizada para a programação (Figura 2) foi a NXC (Not eXactly C) [4], que consiste em uma linguagem específica para a programação do Lego Mindstorm NXT e é muito similar a sintaxe da linguagem C, porém possui restrições e limitações

do interpretador NXT. Possui uma biblioteca que permite a comunicação via bluetooth com o robô. A linguagem suporta todas as versões do firmware NXT padrão e é conhecida por ser de rápida execu-ção. O ambiente usado para a linguagem NXC é o Bricx Command Center [5], que é gratuito e aceita variações do LEGO MINDSTORMS NXT. De um modo geral é um ambiente com recursos simples de edição de código e de fácil instalação, pois é compa-tível com várias versões do Windows e faz conexão com o robô.

Figura 2: Tela do ambiente de programação em

código – Bricx Command Center

6 ESTRATÉGIAS DE PROGRAMAÇÃO

As estratégias usadas foram elaboradas com base em um verdadeiro jogo de futebol.

6.1 O Robô Goleiro

O sensor infravermelho utilizado nesse robô (Figura 3) ficará procurando a bola durante a partida, mas sem sair de sua area, afim de evitar o gol adversario. Quando o robô ficar de frente a bola ele irá ficar parado até que o atacante chegue perto do gol, e quando isso acontecer, o goleiro irá partir em direção ao robô adversario, afim de fechar o seu ângulo do mesmo, expressão usada no futebol no momento eu que o goleiro tampa praticamente todo o gol, dificultando a passagem da bola. Nosso objetivo é esse mesmo, dificultar a passagem da bola, para que a defesa ocorra de maneira mais fácil, e facilitando um contra-ataque. Após a defesa, o sensor de bussola informa aos motores a posição do robô em relação ao campo. Caso o mesmo estejo torto, ele automaticamente se posicionará de formar reta ao gol adversário e reiniciará o comando.

Figura 3: Robô goleiro em fase final de montagem

6.2 O Robô Atacante

O robô atacante (Figura 4) dispõe de um sensor infravermelho para identificação da bola, que emite raios infravermelhos. Ao ser ativado, o sensor infravermelho enviará informações aos sensores ultrassônicos, que serão responsáveis pelo posicionamento do robô atacante no campo. Já posicionado, ele termina de exercer sua função. Além disso, um sensor de bússola foi utilizado para que o robô saiba o lado para qual está virado, impedindo que ande em direção ao próprio gol.

Figura 4: Robô atacante em fase final de

construção.

7 RESULTADOS E DISCUSSÃO Os robôs construídos apresentaram problemas em relação à base, pois não conseguimos a estabilidade

e a resistência necessárias. Optamos, então, por utilizar uma base de acrílico. Outro problema encontrado foi a falta de portas disponíveis no bloco NXT, que contêm apenas 3 (três) portas para motores e 4 (quatro) portas para sensores. Esse problema foi selecionado com o uso de um sensor multiplexer. Ainda estamos realizando testes nos robôs com o objetivo de melhorar ainda mais os mesmos e obter um desempenho eficiente durante as partidas de futebol.

8 CONCLUSÕES Aprendemos muito com esse projeto, principalmen-te na área de programação, que nos trouxe muitos desafios, uma vez que a linguagem de programação usada, até então, não era muito conhecida pela equi-pe. O trabalho em equipe também foi importante, pois se não houvesse união, vários problemas encontra-dos não teriam sido solucionados. Acreditamos que o desenvolvimento desse tipo projeto seja de grande importância para nós, pois será de muito uso no futuro, já que queremos pros-seguir nessa área da tecnologia.

9 AGRADECIMENTOS

Nós, membros da Equipe Café-com-Byte Jr II, agradecemos à Alda de Paiva Castro, professora de matemática, e ao Ronaldo Antonio de Castro, professor de fisica, pelo incentivo dado e pelo

esforço feito pelos mesmos para a obtenção de verbas e equipamentos necessários ao nosso trabalho. Agradecemos também a todos os membros de outras equipes pela troca de experiências; aos nossos pais pelo sacrifício ao pagar as nossas despesas, à prefeitura, ao comércio e a toda população de São Tiago, que nos apoiam sempre.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] CBR – Competição Brasileira de Robótica http://www.cbrobotica.org/ [2] RoboCup 2013. Disponível em: http://www.robocup2013.org/ [3] MINDSTORMS. What is NXT? Disponível em: http://MINDSTORMS.LEGO.com [4] Daniele Benedettelli with revisions by

John Hansen - “Programming LEGO NXT Robots using NXC

Version 2.2 (or 3.0 beta)”, 2007. Disponível em: http://bricxcc.sourceforge.net/nbc/nxcdoc/NXC_tutor

ial.pdf [5] Bricx Command Center. NOGA, M. L. Bricxcc

TM at source-forge. Disponível em: http://bricxcc.sourceforge.net/