Soccer without Reason - Das RoboCup-Team der FU Berlin

Die Aufstellung

Peter Ackers

Sven Behnke

Bernhard Frötschl

Wolf Lindstrot

Manuel de Melo Raúl Rojas

Andreas Schebesch

Mark Simon

Martin Sprengel

Oliver Tenchio

Roboter-Fußball

• Seit 1997: RoboCup-Initiative, Mirosot

• RoboCup - Zusammen mit KI-Konferenz

• I - Simulationsliga

• II - Liga der kleinen Roboter (SmallSize)

• III- Liga der mittelgroßen Roboter (MidSize)

• IV- Liga der Sony-Hunde

Simulationsliga

Soccer-Server

Einfache Aktionen

Autonome Spieler

Schneller Einstieg

Liga der mittelgroßen Roboter

Spielfeld9 5 Meter

Vier gegenvier

Das Freiburger Team (Prof. Nebel)

Pioneer 1 RoboterLibretto NotebookWaveLan Radio-EthernetSchußapparat

Vision System7 SonarsSICK Laser ScannerInterne Odometrie

Spieler-Erkennung

Laserscan-Punkte

Globales Weltmodell

Multi-Roboter-Sensorintegration

Alle Spieler melden ihre Schätzungen (mit Zeitstempel).

Schätzungen der Spieler werden gemittelt.

Objekte werden lokal verfolgt.

Freund-Gegner Unterscheidung: die eigenen Spieler melden ihre Position !

Die Information wird an alle Spieler zurückgeschickt.

Video MidSize-Liga

Die Liga der Sony-Hunde

Die Liga der kleinen Roboter

18 cm maximalerDurchmesser

Robocup-Regeln SmallSize-Liga

• Fairplay

• 5 gegen 5, 2 x 10 Minuten, Golfball

• Spielfeld: Tischtennisplatte mit Rand

• Robbi: 180 cm^2, d: 18cm, h:15cm

• Nur ein Verteidiger im Strafraum

• Verwarnung bis rote Karte bei Schieben

• Kamera von oben erlaubt, Farben und Beleuchtung festgelegt

• Eingeklemmter Ball => Freistoß für zuletzt berührenden Robbi

Spielfeldaufbau

Globale KameraExterner RechnerFunkverbindung

Block-Diagramm der Software

Benutzer-schnittstelle

Funk-verbindung

ReaktivesVerhalten

Vision-System

Bild aus der Videokamera

1,52

2,74 Meter

640480 Pixel

Reaktive Verhaltenssteuerung

Roboter bilden ein Team

Kommunikation

• nur in einer Richtung (Host =>Roboter)

• seriell über Funk-Transceiver (9600 baud)

• 8-Byte-Pakete enthalten Kommandos– ID– Sollgeschwindigkeiten für die Motoren– Drehrichtung der Motoren– Steuerbits (Schuß an/aus)– Checksumme (XOR)

RoboCup: Gruppe D, Stockholm

On-Board-ElektronikFunk

Motoren

Schußapparat

RotierendePlatte

Video SmallSize-Liga

Hardware

Funk

SchußapparatMotorenSpannungsversorgungChassis Elektronik

Schußapparat

Pneumatik

Federmechanismus

Pyrotechnik

Magnetaktoren

Drehende Metallplatte

Bauteile zu teuer Mechanisch aufwendig Regelwidrig?! Niedriger Wirkungsgrad K.I.S.S (Keep It Simple

& Stupid)

Motoren

Nennspannung: 6V16 Impulse pro AnkerdrehungAbgabeleistung: 1,76 W19:1 Getriebe

Ein Motor pro Rad !1 m/s !Getriebe ?Abmessungen ?Drehzahlmessung ?

Spannungsversorgung

• Hohe Leistungsdichte

• Gutes Preisleistungsverhältnis

• Verfügbarkeit

• Ladbarkeit

• Kontaktierung

Chassis

Stabiler Käfig für den Schußapparatmit einfachen Mitteln realisierbar

Elektronik

SpannungsversorgungRoboter-ID Mikro-ControllerFunk-Transceiver SE-200(9600 Baud, 433-434 MHz)Motorenansteuerung

Funkfernsteuerung

Drehzahlregelung

C-Control Unit

M6805-Mikrocontroller

8K EEPROM

16 Digitale I/O-Ports

8 Analog-Eingänge

2 PWM-Ausgänge

Status-LEDs

RS-232-Schnittstelle

255 Bytes Programmspeicher

Drehzahlregelung

GS

UU

GR

P-Regler

Motor

-

-

TimerPWM

W(t) Sollwert

U(t) Ankerspannung Y(t) Drehzahl

Vision-System

• S-VHS-Kamera• NTSC-Videosignal• Framegrabber• 640x480 Pixel RGB

• Feld, Ball, Robbis

Probleme

• Kamera• Schatten• nicht diffuses Licht, Spots• SO SCHNELL WIE MÖGLICH !!!

Regelvorgaben

Teamfarben

Struktur des Vision-Systems

Ball-Modul

Team-Modul

Team-Modul

Update-Modul

Koordinatentransformtion: Feld, Ball, Roboter

Framegrabber: Kamerabild

Manuelle Initialisierung

Ballverfolgung

• Variabler Suchrahmen

• Ball-Modell Position,P.-Vorhersage,RGB, HSI, Größe, ...

• Ball-Vorhersage

• Anpassen des Modells

Segmentierung

Maske in Saturierung

und Helligkeit Maske in Farbigkeit

Original

DurchschnittlicherFarbwert

Robbi-Verfolgung

3 Farbpunkte, Position, Richtung, ...

Robbi-Modell

4 Suchrahmen

Geometrie

Ausstanzen

:-)

:-(

!

Globale Robbi-Suche

• RGB-Abstand• Subsampling

Team-Steuerung

Robbi 2 Robbi 3 Robbi 4 Robbi 5

Team-Ebenen

Robbi 1

Aufbau einer Ebene

H ö h e r e E b e n e

Sensoren Verhalten Aktoren

Physika-lische Aktoren

Physika-lische Sensoren

T i e f e r e E b e n e

Torschuß: Team-Ebene

Feldspieler 1

Soll_ich = 0

Homing=>Decken

Soll_ich = 1

Torschuß

Feldspieler 2

Soll_ich = 0

Homing =>Decken

Feldspieler 4

Soll_ich = 0

Homing=>Frei- stellen

Team: in jedem 16. Frame ausgewertet ( zweimal in der Sekunde)

Angriff

Ball ist in gegnerischer Hälfte

Feldspieler 3

Torschuß: Robbi-Ebenen

Torschuß

Anlauf Vollstrecken

Fahren_VollstreckenLenken_Anlauf Lenken_vorwärtsFahren_Anlauf

Schußziel

Zielposition

Fahren Lenken

Ebene 2: alle 16 Frames

Ebene 1: alle 4 Frames

Ebene 0: jeder Frame

Feldspieler 3

Torschuß: Anlauf

x

15cmprop. zu x

Schußziel

Zielposition

Torschuß: Anlauf-Trajektorie

Torschuß: Vollstrecken

30cm

ZielpositionPositionen, bei denen Vollstrecken aktiv wird

Ballvorhersage: Anlauf

Sensor-Aggregation: Roboterposition

Ebene 0:Die vom Vision-Modul gelieferte Position „springt“.(bei stehendem Roboter)

Ebene 1:

Geglättete Position

Subsampling

Ebene i-1

Ebene i+1

Ebene i

Taxis

Torschuß

Torschuß

Torwart-Verhalten

FU-Fighters versus Big Red

Die FU-Fighters

Lindstrot, Rojas, de Melo, Behnke, TenchioSprengel, Frötschl, Simon, Ackers, Schebesch

Ideen für die weitere Arbeit

• Hardware– stärkere Motoren– leichtere und zuverlässigere Akkus– Dribbeln

• Vision– automatische Identifikation der Roboter– schneller und zuverlässiger

Ideen für die weitere Arbeit

• Verhalten– Hindernisvermeidung– bessere Voraussagen– flexibleres Verhalten

• Dribbeln

• Drehschuß

• Ball abfangen

• Kommunikation– schneller und zuverlässiger

Ideen für die weitere Arbeit

• MidSize-Liga– schnelle Roboter mit wenig lokaler Intelligenz– Omnidirektionale

Kamera

• Seminar RobotikDi, 16-18, SR 037

• AG RoboCupDi, 18-20, SR 037