3D仿真联赛新技术与MuJoCo物理引擎应用

本文深入探讨RoboCup 3D仿真联赛的新模拟器开发,采用MuJoCo物理引擎实现更真实的机器人运动控制,包括传感器数据处理、通信协议设计以及从仿真到现实的技术迁移,为多联赛标准化提供解决方案。

应对3D仿真联赛:Klaus Dorer与Stefan Glaser访谈

将于RoboCup2025特别挑战赛中试用的新模拟器截图

年度RoboCup赛事将于7月15-21日在巴西举行,全球团队将参与多个联赛的竞赛。在赛事启动前,我们采访了RoboCup足球3D仿真联赛的两位成员:执行委员会委员Klaus Dorer和维护委员会委员Stefan Glaser,后者最近正在为该联赛开发新模拟器。

仿真联赛简介

Klaus Dorer:足球项目有两个仿真联赛:2D仿真联赛和3D仿真联赛。2D仿真联赛采用简化物理模型模拟球员和足球,主要关注团队策略。3D仿真联赛更接近真实机器人,模拟11对11的Nao机器人比赛,控制层级与真实机器人相同,需要通过控制腿部和手臂等各个电机来实现运动。

新模拟器的开发理念

Klaus:新模拟器的目标是更接近硬件联赛,使仿真器更具实用性。当前3D仿真联赛使用的SimSpark模拟器开发于2000年代初,受当时硬件限制,在物理模拟方面存在妥协。新模拟器旨在实现更真实的物理模拟。

Stefan Glaser:新模拟器开发计划已酝酿多年。SimSpark虽然功能强大,但存在复杂性和标准化不足的问题。MuJoCo物理引擎在机器学习社区广受欢迎,其世界和机器人模型标准被广泛采用。去年中旬,MuJoCo新增了在仿真过程中动态修改世界表征的功能,这正好满足仿真联赛的需求——从空场地开始,代理按需连接并组队。

基于MuJoCo的新模拟器采用Python开发以降低复杂性,目前开发时间不足三个月。模拟器服务器需要支持最多22个连接,并管理各代理的传感器信息传递和关节控制。

物理模拟与视觉处理

Klaus:新模拟器在电机控制方面更接近真实机器人,支持通过速度、力和位置进行控制。模拟的真实性会增加团队控制机器人的难度,例如地面接触模拟更加严格。

Stefan:服务器端模拟虚拟视觉管道,提供±60°的水平与垂直视野范围。代理接收带噪声的检测信息(包括标签、方向向量和距离),无需处理相机图像。虽然MuJoCo支持传递相机图像,但首版模拟器仍沿用传统视觉处理方式,以降低入门门槛。

在RoboCup2025的应用计划

Stefan:计划在RoboCup2025开展新模拟器挑战赛并提供演示赛,但目前尚未达到完整比赛要求。

Klaus:今年将举办基于MuJoCo模拟器的技术挑战赛,要求团队教机器人尽可能远地踢球。这项自愿参与的活动将帮助团队熟悉模拟器运作。

迁移适配与跨联赛应用

Stefan:新模拟器首版采用与旧版相同的协议和传感器信息,使团队能以最小成本适配现有代理软件。长期目标是支持人形联赛和标准平台联赛(SPL)的统一标准。

Klaus:最终目标是让模拟器在3D仿真联赛、人形联赛和SPL中都得到应用。今年挑战赛使用的T1机器人就是人形联赛的机器人型号。

仿真到现实(Sim2Real)的技术价值

Stefan:希望模拟器中的动作和行为能迁移到真实机器人上,同时硬件团队也可利用模拟器测试高层决策,减少实体机器人部署数量。

Klaus:我们同时参与仿真联赛和人形联赛的经历,促使我们推动这两方面的技术融合。

裁判系统与未来发展

Klaus:仿真联赛的裁判系统内置在模拟器中,可自动处理越位、进球判定等规则。未来希望引入AI学习模型来改进犯规判定。

Stefan:新模拟器尚未实现自动裁判系统,目前仅包含基础规则推进功能。

下一步开发计划

Stefan:重点优化物理模拟参数设置,特别是球的物理特性模拟;开发足球仿真的自动裁判系统,首先基于专家系统实现犯规判定,后续集成AI驱动的犯规检测模型。

RoboCup2025的期待

Klaus:希望团队能终结七连亚,首次夺得冠军。

Stefan:期待在巴西推广新模拟器,收集各联赛团队的具体需求,进一步完善模拟器功能。

了解更多新模拟器信息可访问项目网页和文档

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