[논문 리뷰] ZJUNlict Extended Team Description Paper for RoboCup 2019

Zheyuan Huang, Lingyun Chen외 7명|arXiv (Cornell University)|2019. 05. 22.

Robotic Path Planning Algorithms참고 문헌 2인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 로보컵 2019 소형 리그에서 ZJUNlict 팀의 고급 드리블러 설계와 지능형 볼 간섭 시스템을 제시한다. 3점지지 기계적 구조와 이중 방향 감쇠, 나사진 표면을 가진 드리블링 바를 갖추어 최대 8.5 m/s의 속도로 도착하는 볼을 안정적으로 제어할 수 있다. 팀은 칼만 필터 기반의 시각 손실 보상 및 탐색 기반 간섭 예측 알고리즘을 통합하여 간섭 시간을 최대 40% 감소시키고, 목표 각도 편이에 기반한 동적 기술 선택을 통해 볼 제어율을 높였다.

ABSTRACT

For the Small Size League of RoboCup 2018, Team ZJUNLict has won the champion and therefore, this paper thoroughly described the devotion which ZJUNLict has devoted and the effort that ZJUNLict has contributed. There are three mean optimizations for the mechanical part which accounted for most of our incredible goals, they are "Touching Point Optimization", "Damping System Optimization", and "Dribbler Optimization". For the electrical part, we realized "Direct Torque Control", "Efficient Radio Communication Protocol" which will be credited for stabilizing the dribbler and a more secure communication between robots and the computer. Our software group contributed as much as our hardware group with the effort of "Vision Lost Compensation" to predict the movement by kalman filter, and "Interception Prediction Algorithm" to achieve some skills and improve our ball possession rate.

연구 동기 및 목표

• 고속이고 동적인 로보컵 소형 리그 경기에서 수동식 2점지지 드리블러의 한계를 극복하기 위해.
• 턴 및 횡방향 이동과 같은 공격적인 기동 상황에서도 볼 캐치 신뢰성과 드리블링 안정성을 향상시키기 위해.
• 도착 시간을 기반으로 로봇을 할당함으로써 볼 간섭의 최적 지점 예측 및 팀 협업을 향상시키기 위해.
• 목표에서의 각도 편이에 기반한 지능형 기술 선택(추격, 간섭, 탭)을 통해 볼 소유율을 높이기 위해.

제안 방법

• 카펫과 칩 숫도구에서 이중 지지하는 3점지지 드리블러를 설계하여 힘 분포를 향상시키고 튀김을 줄였다.
• 측면 플레이트에 테이프를 사용해 이중 방향 스프링 감쇠 시스템을 구현하여 베이스플레이트 충돌 시 충격 에너지를 흡수했다.
• 3D 프린팅된 나사진 표면을 가진 드리블링 바를 도입하여 회전 중 횡방향 힘을 생성함으로써 회전 시 제어력을 향상시켰다.
• 시각 추적 실패 시 공의 궤적을 예측하기 위해 칼만 필터링을 사용한 시각 손실 보상 시스템을 개발했다.
• 이산 시간 단계 동안 로봇 도착 시간과 공 위치를 비교 평가하는 탐색 기반 간섭 예측 알고리즘을 제안했다.
• 목표에서의 각도 편이에 기반해 '추격', '간섭', 또는 '탭'을 선택하는 동적 기술 선택 프레임워크를 구현했다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 이중 방향 감쇠 기능을 갖춘 3점지지 기계적 설계는 전통적인 2점지지 시스템에 비해 볼 캐치 성능을 크게 향상시킬 수 있는가?
• RQ2 나사진 표면을 가진 드리블링 바는 로봇의 회전 또는 횡방향 운동 중 횡방향 제어를 얼마나 향상시킬 수 있는가?
• RQ3 도착 시간을 기반으로 한 로봇 할당 전략(시간 기반)이 위치 기반 할당 전략에 비해 볼 간섭에 얼마나 효과적인가?
• RQ4 칼만 필터링을 통한 시각 손실 보상은 추적 실패 후 볼을 재획득하는 데 걸리는 시간을 얼마나 줄일 수 있는가?
• RQ5 동적 기술 선택이 실시간 로보컵 경기에서 볼 소유율과 골 성공 효율성에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 이중 방향 감쇠 기능을 갖춘 신규 3점지지 드리블러는 기존 2점지지 설계의 3 m/s 제한을 뛰어넘어 최대 8.5 m/s의 도착 속도에서도 볼을 성공적으로 캐치했다.
• 나사진 표면 드리블링 바 덕분에 20°/s² 가속도로 회전하는 동안에도 안정적인 드리블링을 유지했으며, 매끄러운 바에서는 실패한 상황에서 성능을 확보했다.
• 간섭 예측 알고리즘이 고속 상황에서 평균 간섭 시간을 최대 40% 감소시켰으며, 특히 공 속도가 4 m/s를 초과할 경우 두드러진 효과를 보였다.
• 예측 간섭 지점 주변의 임계 반경 내에 위치함으로써 최적의 간섭 예측과 원형 방어 존을 기반으로 한 마킹 기술이 상대 팀의 패스를 간섭할 가능성을 높였다.
• 도착 시간을 비용 함수로 사용하는 FSM 기반 역할 매칭 시스템이 더 빠르고 정확한 로봇 할당을 가능하게 하여 볼 소유율을 향상시켰다.
• 목표에서의 각도 편이에 기반한 동적 기술 선택 시스템(추격, 간섭, 탭)이 실행 정확도를 향상시키고 불필요한 동작을 줄여 더 빠른 전환과 높은 골 성공 효율성에 기여했다.