Azevedo, Los ITAndroids: un equipo de fútbol de robots Humanoide

Judy Warner: ¿Hace cuánto se fundó el equipo de ITAndroids y cómo comenzaron en esto?

Arthur Azevedo: El equipo de ITAndroids fue creado en 2005 por Jackson Matsura. En aquel entonces. él era estudiante de una Maestría, hoy es profesor en el Departamento de Electrónica. Dos estudiantes universitarios de grado y un estudiante más de la Maestría se unieron al equipo. Ganaron la simulación de fútbol RoboCup (LARC) 2D de América Latina ese año. Se convirtieron rápidamente en uno de los mejores equipos de América Latina y compitieron en la RoboCup desde 2006 hasta 2008, luego el equipo se separó.

En 2011, el equipo de ITAndroids se reorganizó nuevamente y pudo competir en la Liga de Simulación de Fútbol Robocup 2D en 2012. El equipo obtuvo el décimo lugar. Ese mismo año, el equipo obtuvo tres trofeos en el LARC del 2012: 1er lugar en Simulación de fútbol 2D, 1er lugar en Simulación de fútbol 3D y 3er lugar en el Humanoid Robot Racing (HRR). También ese año, el equipo comenzó a reclutar y capacitar a nuevos miembros y ha venido creciendo rápidamente desde entonces. ITAndroids ganó 4 veces la Simulación de fútbol 2D de LARC.

En 2012, el equipo comenzó a diseñar sus propios dispositivos (hardware) para la Very Small Size League. En 2017, calificamos para competir en la KidSize Humanoid League en la Robocup 2017. Ese mismo año también obtuvimos un primer y segundo lugar en la LARC HRR, compitiendo con un robot comercial llamado (Darwin-OP2) y un robot de diseño y construcción doméstica llamado Chape. También estamos comenzando a diseñar un robot para competir en la Small Size League, y planeamos tener un equipo completo listo para el LARC 2018.

Warner: ¡Suena como un viaje largo, y muy exitoso! ¿Qué cantidad total de estudiantes comprende tu equipo y cuántos hay en los sub-equipos eléctrico y de placas de diseño?

Azevedo: En nuestro equipo, hay alrededor 60 estudiantes, divididos en diferentes proyectos de robots. Como tenemos tres tipos de robots físicos (tamaño muy pequeño, tamaño pequeño y humanoide), disponemos de tres grupos de diseñadores eléctricos dedicados, cada uno, al diseño específico de su correspondiente tipo de robot. En el grupo de diseño eléctrico humanoide, hay cuatro miembros, compuestos por estudiantes de primero, segundo y cuarto año, que además cuentan con la ayuda de un ingeniero-mentor experimentado. El grupo maneja proyectos que abarcan conceptos de especificaciones técnicas, diseño, prueba y fabricación de placas, y también soporte de ensamblado e integración del robot.

Warner: ¿Puedes contarnos más sobre los tipos de robots que arman?

Azevedo: El equipo de ITAndroids participa en cinco categorías de competición, dos de ellas son simuladas y las otras tres son físicas.

Soccer Simulation 2D: Esta categoría no se aboca al desarrollo del dispositivo (hardware), sino que se centra exclusivamente en la estrategia que utilizan los robots autónomos durante un partido de fútbol. Los proyectos de este año incluyen una refactorización importante del código, la corrección de sus errores, el hacerlo más legible, y su migración hacia las pautas del equipo. También se implementó una estrategia de asignación de roles dinámicos para los agentes.

Soccer Simulation 3D: Esta categoría sigue los retos de la anterior, a lo que se agrega la simulación en robots humanoides tridimensionales, lo que requiere de la implementación de los movimientos del robot. Los proyectos de este año se centraron principalmente en la optimización de los parámetros para ejecutar los movimientos y el desplazamiento de los robots, así como el agrupamiento de herramientas para estas optimizaciones y un método más eficiente para probarlos.

Humanoid: Consiste en el desarrollo de un robot humanoide físico y la implementación de todas las técnicas que se aplican para la simulación de futbol 3D en un robot real.

Nuestro equipo tuvo una expansión importante de sus conocimientos sobre el dispositivo físico (hardware) a partir de la fabricación de nuestro modelo humanoide, llamado cariñosamente Chape, basado en un robot Darwin-OP importado que hemos venido utilizando desde el año pasado. El proyecto del hardware fue de gran alcance tanto del lado mecánico, con el mecanizado y la impresión de casi todos los robots, como así también del hardware eléctrico que fue diseñado con el uso de Altium Designer^®. El equipo de desarrollo de programación (software) también trabajó muy duro para hacer muchas mejoras en los movimientos y la visión del robot.

En seis meses, los robots quedaron listos, lo que garantizó la participación del equipo en la competencia Robocup en junio.

Very Small Size (VSS): Consiste en un equipo de tres robots diferentes en un formato cúbico que juega un partido de fútbol. Desde que el equipo comenzó a fabricar nuevos robots, con mejores placas de procesamientos y motores, se utiliza Altium para el diseño del hardware. El software (programación) ayudó con la estrategia del equipo, e hicimos un simulador para ayudar con las pruebas.

Small Size: Puede considerarse como una extensión de la categoría anterior, con un equipo más grande y con robots de una estructura mecánica más compleja. Al ser una nueva categoría, el proyecto estuvo en fase de desarrollo durante todo el año, contribuyendo a otro crecimiento significativo de nuestras potencialidades respecto a los dispositivos (hardware). Una vez más, Altium tuvo un papel importante en nuestro proyecto. También se tuvo que desarrollar una programación personalizada (software), lo que lo convirtió en un proyecto desafiante.

Warner: Compitieron en RoboCup. ¿Puedes contarles a nuestros lectores acerca de tu experiencia en estos eventos?

Azevedo: Competir en Robocup fue una oportunidad increíble porque pudimos poner nuestros diseños en el "campo" y verlos funcionar y ejecutar. La interacción con equipos de todo el mundo fue muy emocionante. Fue una experiencia muy rica de aprendizaje y enseñanza. Cada conversación con miembros de equipos de universidades de todos los continentes mejoró considerablemente nuestras habilidades. Robocup aportó madurez al equipo, robustez al sistema y amplió nuestra red de contactos.

Warner: Parece que fueron experiencias emocionantes y muy memorables. ¿Qué tipos de placas se necesitan para hacer funcionar a tus robots y cómo aprendieron a diseñarlas?

Azevedo: El robot humanoide Chape fue concebido para tener un cierto grado de modularidad y fácil mantenimiento. La arquitectura eléctrica requiere diferentes tipos de placas que comparten los roles de acondicionamiento y distribución de la potencia, la detección y control de los sensores y actuadores, la comunicación de datos de bajo nivel, el monitoreo de la salud, el aprovechamiento, y la depuración y mantenimiento.

The architecture is composed of 2 boards: la PWB es el administrador de potencia, se trata de una placa inteligente que tiene un algoritmo de control de potencia especifico. El bus de voltaje regulado se genera en el PWB. El bus de voltaje no regulado de alta potencia se crea a partir de la administración de las fuentes de alimentación consistentes en una batería y una fuente de alimentación externa.

The CMB is the heart of the low-level physical layer. Es el control de las placas de monitoreo que controla los servos, interpreta los datos de su módulo inercial incorporado, toma medidas de seguridad basadas en la lectura de la temperatura interna, activa el ventilador de enfriamiento, controla los LED, un zumbador para aviso y realiza la distribución del bus de alta potencia no regulado. La comunicación con la computadora principal de alto procesamiento es un NUC i5 de Intel que realiza el intercambio de datos que le permiten al robot caminar, correr y patear. La comunicación con el NUC es por un puerto USB2.0 y la adaptación de la impedancia es por medio de un par diferencial para datos. Un bus I2C integra las placas restantes compuestas de LED, zumbador y botones para permitir la interacción con el robot.

En cuanto a cómo los miembros del equipo aprendieron a diseñar placas, el proceso comenzó con un curso corto centrado en el diseño electrónico, en el que estudiaron los principios del diseño. Los estudiantes más avanzados aportaron su experiencia al equipo lo que fue además agilizado por un mentor voluntario en temas de ingeniería. Los estudiantes dedicaron tiempo a obtener conocimientos por medio de clases regulares, la universidad y a través de Internet.

Warner: Por favor, hablemos de los roles de los mentores de tu equipo.

Azevedo: Dado que el equipo está formado principalmente por estudiantes universitarios de grado, en muchas ocasiones no contamos con la suficiente experiencia o madurez para satisfacer las necesidades del grupo. Sin embargo, pudimos contar con el apoyo de nuestros mentores en todo momento que los necesitáramos.

Altogether we have four mentors: dos para electrónica (Miguel Angelo Sampaio y José Roberto Colombo Jr.), uno para mecánica (Daniela Vacarini de Faria) y un profesor asesor en software (programación) y control (Marcos Ricardo Omena de Albuquerque Máximo).

Los mentores electrónicos hicieron un gran trabajo durante el diseño de los esquemáticos electrónicos y las maquetaciones de los circuitos impresos (PCB) del Chape y de los VSS, así como también en la transmisión de conocimientos a los nuevos miembros. El mentor mecánico fue esencial para el proyecto del robot Chape, tanto en el proyecto CAD como en la fabricación. También ofrecieron apoyo al equipo de Small Size League. El profesor ha dedicado su tiempo y esfuerzo al éxito del proyecto, brindó un apoyo intensivo en todas las disciplinas y también desarrolló el algoritmo de desplazamiento de los robots humanoides como tesis de su Doctorado. Anualmente, los mentores ofrecen clases a los miembros del equipo en aras de la sostenibilidad técnica del equipo.

Warner: ¿En qué está trabajando el equipo este año académico?

Azevedo: 2017 fue un año de crecimiento muy significativo para los ITAndroids, tuvimos que trabajar mucho tanto en los aspectos administrativos como en los aspectos técnicos del equipo. Además del trabajo de cada sub-equipo, participamos en dos importantes eventos: la competencia internacional Robocup y la Robocup Latinoamericana (LARC), y también en un evento más pequeño enfocado en la modalidad IEEE Very Small Size (VSS). Los esfuerzos de nuestro equipo en estas competiciones redundaron en la obtención de un total de 5 trofeos.

Académicamente, alentamos permanentemente a nuestros estudiantes asociados a realizar investigaciones científicas, lo que generó la publicación de 6 artículos

Warner: Bien, felicitaciones Arthur por un año tan exitoso, y por el grupo apasionado de estudiantes, profesores y mentores que han llevado a tu equipo a estos grandes éxitos. Gracias por tomarte el tiempo de tu agenda tan apretada para compartir el trabajo y los logros de ITAndroids.

Arthur: Gracias por darme la oportunidad de contarte las experiencias de nuestro equipo.