WRC 2016|這次RoboCup機器人足球比賽,中外團隊差距在哪兒?

2020-12-27 雷鋒網

10 月份的世界機器人大會,其實可以分為三個部分:學術會議、企業展覽、機器人比賽。這其中最具人氣的,自然是機器人比賽了。比賽共有 6 種類型,其中的 RoboCup SPL 仿人機器人足球比賽( NAO )為國際機器人領域的專業賽事,極具趣味性,持續 4 天的正式比賽幾乎每場觀眾都「爆滿」。

機器人常常摔倒,那笨拙可愛的樣子會引發一陣大笑,但是當它自己又「咔咔咔」幾下,像變形金剛一樣站起來時,又會引發更大的一波讚嘆聲浪。

最後取得勝利的是美國 UT Austin (德克薩斯大學奧斯汀分校)隊,亞軍是澳大利亞 UNSW(新南威爾斯大學)隊,季軍是同濟大學隊。

(冠軍 UT Austin 隊 )

交流賽,但水平很強

此次大會是屬於交流賽,英文名稱為「Pre-RoboCup Asia-Pacific Competition」,所以並非Robocup 每年一度的全球選拔賽。

參賽隊伍本來有 8 支,中途有 2 支隊伍退賽了。所以最後參加的隊伍有澳大利亞 UNSW(新南威爾斯大學)、美國 UT Austin (德克薩斯大學奧斯汀分校)、同濟大學、大連理工、華中科技大學和魯東大學。

(參賽隊伍合影留戀)

雖然隊伍不多,但作為交流賽來說,算是比較高的水平了,因為邀請來了世界級的冠亞軍隊伍:澳大利亞 UNSW 隊是 2015、2014 年世界冠軍;美國 UT Austin 隊是 2016 年的世界亞軍。

對於國內的團隊來說,與國際頂級高手正面對戰,無論從哪個方面來說,都是非常好的切磋學習的機會。

「球員」犯規要被罰下場

RoboCup SPL 的全稱是 「RoboCup Standard Platform League」,參賽隊伍使用統一的機器人硬體平臺(這次是軟銀公司的 NAO 機器人),進行純軟體技術的比拼。比賽在一個縮小的足球場上進行,兩隊機器人按照人類足球賽類似的規則,自主地(非人工遙控)進行足球比賽,進球就算得分。

主要比賽規則如下:

球的顏色會影響比賽的難度,由於球門和邊線都是白色的,那麼黑白球的識別難度就會大很多。

機器球員也存在「犯規」的情況,其實當時的比賽經常有球員被罰下場「面壁思過」,懲罰時間為 45 秒,而這樣的懲罰其實對得分影響頗大。雷鋒網所觀看的決賽中,兩個球員正在爭奪一個球時,其中一個由於「推搡」對手而被罰下場,中場一下子就空了,對方立馬輕鬆進了一球。而這樣的情況連續發生了好幾次。

一般一支隊伍裡,至多同時 2 個機器人被罰下場,但如果再碰上 1 個故障,那場上就只剩 2 名球員了,2:5 的對壘,勝算可想而知。

發生「推搡」的情況,通常是因為避障功能沒有做好。「避障其實不難,難在怎麼讓機器人自己判斷應不應該避障。」同濟大學參賽隊伍 TJArk (同濟方舟)隊長曾志穎告訴雷鋒網(公眾號:雷鋒網),「避障可以用機器學習的方法來做,但是比較麻煩......一般都是讓它滿足一定條件就去避障。」

中外團隊的差距在哪裡?

關於 RoboCup SPL 中涉及的技術,曾志穎表示主要有 4 個部分:模式識別、自主定位、機器人行走和智能決策。機器人首先要識別出球、球門、邊界線等,然後根據圖像、裡程等信息對這些目標物進行定位,再快速平穩地行走,同時多個機器人要相互配合,規劃路徑選擇行動策略。

同濟大學 TJArk 隊參加 RoboCup SPL 有 10 年歷史,是中國頂尖團隊,最好的成績是 2016 年的世界八強。同濟是以實驗室的形式維護著 RoboCup 的傳統,由陳啟軍教授指導,12 名隊員幾乎都是同一個課題組的。

此次 TJArk 團隊,由 6 名研究生和 6 名本科生組成。一般來說,一個學生會待 2 年時間,「大四待一年,熟悉比賽,升研一之後作為主力」,曾志穎說道。

而雷鋒網所了解的另外兩支中國隊伍,就沒有同濟這麼多隊員和系統化的組織結構。但同濟還在羨慕著國外團隊,因為對方甚至有教授幫著寫代碼。

這次澳大利亞 UNSW 隊來了兩名隊員:Jeremy Collette 和 Kenji Brameld,前者大四,後者才大一。

(Jeremy Collette 和 Kenji Brameld)

Collette 告訴雷鋒網:

「幾年前,我們的機器人行走使用了強化學習(Reinforcement Learning),這是由我們的一個教授所構建。他使用了仿真模擬(Simulation),然後把學會了行走能力的仿真系統放到真正的機器人上。所以我們的行走能力是最強的。但這個系統的代碼已經開源了,這次美國隊使用的就是我們的行走系統。」

Brameld 補充道:

「我們正在開發一些機器學習技術,會在黑白球項目上用到。這個系統目前還沒有放到機器人上面,但是已經在測試了。」

Collette 和 Brameld 稱,UNSW 的 Robocup 隊伍每年大概有 5-10 個人,但是今年他們覺得需要更多人,所以今年大概總共有 27 個人,其中大部分是大一新生,另有一些碩士生和博士生。前輩們帶著大一新生學習,把他們培養成日後的團隊主力。

美國隊把機器人借給澳大利亞隊

最終進入決賽爭奪冠亞軍的,是美國 UT Austin 隊和澳大利亞 UNSW 隊。本來 UNSW 勝算很大,但是決賽中系統幾乎「崩潰」了。Collette 和 Brameld 從澳大利亞只帶來了 2 個機器人,另外從中國科學技術大學借了 3 個機器人。不幸的是,他們自己帶的一個機器人在決賽開場前 5 分鐘硬體壞了,而且 WiFi 連接還出了問題,雪上加霜。

「所以基本情況是這樣的:1 個動不了、2-3 個的 WiFi 有問題......其實兩個隊都進了 5 個球,但我們把 2 個球踢進自己的門,所以最後的比分是 7:3。」

 說到這兒兩位自己都笑了。

"不過這讓我們意識到很多問題。其中一個就是,就算是 WiFi 有問題,也應該有方法在離線的情況下識別出球門,比如依據守門員球衣的顏色。 我們習慣於根據自己實驗室裡的環境來設計機器人,但這次讓我們意識到比賽現場有很多突發狀況需要考慮。」

另外,他們還提到美國隊使用了一種很特別的 「Walking Kick」的方法,機器人能一邊走一邊踢球,所以速度很快,給他們很大啟發。

雖然有點可惜,沒有拿第一,但 Collette 和 Brameld 心情還不錯。當時 UNSW 的機器人壞掉時,「美國隊很快就借給我們一個機器人,非常 Nice「 ,Collette 說道。另外跟中國團隊的交流,他們覺得很有意思。有一次,Brameld 跟一個中國隊員聊天,語言交流有點困難。但是聊到了霍夫變換(Hough Transform)算法,發現兩人都用了這個算法,就聊起來了。「這很酷,兩個完全不同文化不同國家的人有這麼一個共同的東西,進行討論,這很令人興奮」,Collette 說道。

雖然「友誼第一,比賽第二」這種說法已經很老套了,但真的發生了,還是很令人高興。

延伸閱讀:

WRC 2016 | 李澤湘講「從研究到創業」:我是如何孵化大疆的

WRC 2016 | 加州大學Homayoon Kazerooni教授:鋼鐵俠並不炫酷,減輕普通人艱辛才能激勵機器人發展

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