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WRC 2016|这次RoboCup机器人足球比赛,中外团队差距在哪儿?

本文作者:亚萌 2016-10-26 16:14 专题:2016 世界机器人大会
导语:世界机器人大会上的RoboCup SPL仿人机器人足球比赛,参加的队伍有澳大利亚UNSW、美国UT Austin、同济大学、大连理工、华中科技大学和鲁东大学。

WRC 2016|这次RoboCup机器人足球比赛,中外团队差距在哪儿?

10 月份的世界机器人大会,其实可以分为三个部分:学术会议、企业展览、机器人比赛。这其中最具人气的,自然是机器人比赛了。比赛共有 6 种类型,其中的 RoboCup SPL 仿人机器人足球比赛( NAO )为国际机器人领域的专业赛事,极具趣味性,持续 4 天的正式比赛几乎每场观众都“爆满”。

机器人常常摔倒,那笨拙可爱的样子会引发一阵大笑,但是当它自己又“咔咔咔”几下,像变形金刚一样站起来时,又会引发更大的一波赞叹声浪。

WRC 2016|这次RoboCup机器人足球比赛,中外团队差距在哪儿?

最后取得胜利的是美国 UT Austin (德克萨斯大学奥斯汀分校)队,亚军是澳大利亚 UNSW(新南威尔士大学)队,季军是同济大学队。

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(冠军 UT Austin 队 )

交流赛,但水平很强

此次大会是属于交流赛,英文名称为“Pre-RoboCup Asia-Pacific Competition”,所以并非Robocup 每年一度的全球选拔赛。

参赛队伍本来有 8 支,中途有 2 支队伍退赛了。所以最后参加的队伍有澳大利亚 UNSW(新南威尔士大学)、美国 UT Austin (德克萨斯大学奥斯汀分校)、同济大学、大连理工、华中科技大学和鲁东大学。

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(参赛队伍合影留恋)

虽然队伍不多,但作为交流赛来说,算是比较高的水平了,因为邀请来了世界级的冠亚军队伍:澳大利亚 UNSW 队是 2015、2014 年世界冠军;美国 UT Austin 队是 2016 年的世界亚军。

对于国内的团队来说,与国际顶级高手正面对战,无论从哪个方面来说,都是非常好的切磋学习的机会。

“球员”犯规要被罚下场

RoboCup SPL 的全称是 “RoboCup Standard Platform League”,参赛队伍使用统一的机器人硬件平台(这次是软银公司的 NAO 机器人),进行纯软件技术的比拼。比赛在一个缩小的足球场上进行,两队机器人按照人类足球赛类似的规则,自主地(非人工遥控)进行足球比赛,进球就算得分。

主要比赛规则如下:

  •   每队进场参赛机器人不得超过 5 个,其中至多 1 个机器人可设置为守门员。

  •   场地铺设绿色地毯,球门为白色,使用指定的比赛用球(此次分红球、黑白球两种)。

  •   比赛分上下半场,每个半场各10分钟。

球的颜色会影响比赛的难度,由于球门和边线都是白色的,那么黑白球的识别难度就会大很多。

机器球员也存在“犯规”的情况,其实当时的比赛经常有球员被罚下场“面壁思过”,惩罚时间为 45 秒,而这样的惩罚其实对得分影响颇大。雷锋网所观看的决赛中,两个球员正在争夺一个球时,其中一个由于“推搡”对手而被罚下场,中场一下子就空了,对方立马轻松进了一球。而这样的情况连续发生了好几次。

一般一支队伍里,至多同时 2 个机器人被罚下场,但如果再碰上 1 个故障,那场上就只剩 2 名球员了,2:5 的对垒,胜算可想而知。

发生“推搡”的情况,通常是因为避障功能没有做好。“避障其实不难,难在怎么让机器人自己判断应不应该避障。”同济大学参赛队伍 TJArk (同济方舟)队长曾志颖告诉雷锋网,“避障可以用机器学习的方法来做,但是比较麻烦......一般都是让它满足一定条件就去避障。”

中外团队的差距在哪里?

关于 RoboCup SPL 中涉及的技术,曾志颖表示主要有 4 个部分:模式识别、自主定位、机器人行走和智能决策。机器人首先要识别出球、球门、边界线等,然后根据图像、里程等信息对这些目标物进行定位,再快速平稳地行走,同时多个机器人要相互配合,规划路径选择行动策略。

同济大学 TJArk 队参加 RoboCup SPL 有 10 年历史,是中国顶尖团队,最好的成绩是 2016 年的世界八强。同济是以实验室的形式维护着 RoboCup 的传统,由陈启军教授指导,12 名队员几乎都是同一个课题组的。

此次 TJArk 团队,由 6 名研究生和 6 名本科生组成。一般来说,一个学生会待 2 年时间,“大四待一年,熟悉比赛,升研一之后作为主力”,曾志颖说道。

而雷锋网(公众号:雷锋网)所了解的另外两支中国队伍,就没有同济这么多队员和系统化的组织结构。但同济还在羡慕着国外团队,因为对方甚至有教授帮着写代码。

这次澳大利亚 UNSW 队来了两名队员:Jeremy Collette 和 Kenji Brameld,前者大四,后者才大一。

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(Jeremy Collette 和 Kenji Brameld)

Collette 告诉雷锋网:

“几年前,我们的机器人行走使用了强化学习(Reinforcement Learning),这是由我们的一个教授所构建。他使用了仿真模拟(Simulation),然后把学会了行走能力的仿真系统放到真正的机器人上。所以我们的行走能力是最强的。但这个系统的代码已经开源了,这次美国队使用的就是我们的行走系统。”

Brameld 补充道:

“我们正在开发一些机器学习技术,会在黑白球项目上用到。这个系统目前还没有放到机器人上面,但是已经在测试了。”

Collette 和 Brameld 称,UNSW 的 Robocup 队伍每年大概有 5-10 个人,但是今年他们觉得需要更多人,所以今年大概总共有 27 个人,其中大部分是大一新生,另有一些硕士生和博士生。前辈们带着大一新生学习,把他们培养成日后的团队主力。

美国队把机器人借给澳大利亚队

最终进入决赛争夺冠亚军的,是美国 UT Austin 队和澳大利亚 UNSW 队。本来 UNSW 胜算很大,但是决赛中系统几乎“崩溃”了。Collette 和 Brameld 从澳大利亚只带来了 2 个机器人,另外从中国科学技术大学借了 3 个机器人。不幸的是,他们自己带的一个机器人在决赛开场前 5 分钟硬件坏了,而且 WiFi 连接还出了问题,雪上加霜。

“所以基本情况是这样的:1 个动不了、2-3 个的 WiFi 有问题......其实两个队都进了 5 个球,但我们把 2 个球踢进自己的门,所以最后的比分是 7:3。”

 说到这儿两位自己都笑了。

"不过这让我们意识到很多问题。其中一个就是,就算是 WiFi 有问题,也应该有方法在离线的情况下识别出球门,比如依据守门员球衣的颜色。 我们习惯于根据自己实验室里的环境来设计机器人,但这次让我们意识到比赛现场有很多突发状况需要考虑。”

另外,他们还提到美国队使用了一种很特别的 “Walking Kick”的方法,机器人能一边走一边踢球,所以速度很快,给他们很大启发。

虽然有点可惜,没有拿第一,但 Collette 和 Brameld 心情还不错。当时 UNSW 的机器人坏掉时,“美国队很快就借给我们一个机器人,非常 Nice“ ,Collette 说道。另外跟中国团队的交流,他们觉得很有意思。有一次,Brameld 跟一个中国队员聊天,语言交流有点困难。但是聊到了霍夫变换(Hough Transform)算法,发现两人都用了这个算法,就聊起来了。“这很酷,两个完全不同文化不同国家的人有这么一个共同的东西,进行讨论,这很令人兴奋”,Collette 说道。

虽然“友谊第一,比赛第二”这种说法已经很老套了,但真的发生了,还是很令人高兴。

延伸阅读:

WRC 2016 | 李泽湘讲“从研究到创业”:我是如何孵化大疆的

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