FU-FIGHTERS FREIE UNIVERSITÄT BERLIN Das RoboCup-Team der Freien Universität Berlin Peter Ackers,...

FU-FIGHTERS FREIE UNIVERSITÄT BERLIN

Das RoboCup-Team der Freien Universität Berlin

Peter Ackers, Sven Behnke, Bernhard Frötschl, Wolf Lindstrot, Manuel de Melo, Jong-Gill Park, Raul Rojas, Mark Simon,

Andreas Schebesch, Jörg Solger, Oliver Tenchio, Lars Wolter Freie Universität Berlin


Roboterfußball - Wieso ?

• Meilenstein-Projekt (~Apollo)

• Technische Entwicklungen anstoßen

• Übertragung auf Anwendungen

• Lehre


Roboterfußball als Meilenstein

• Ziel: in 50 Jahren mit humanoiden Robotern gegen menschliches Fußballteam antreten

• Erreichbares Langzeit-Ziel

• Neue interessante KI-Aufgabe nach Schach

• Entwicklung neuer Technologien nötig


Roboterfußball versus Schach

• statische Umwelt• diskrete Daten• volle Information• Symbolisch-logisch• zugbasierter Ablauf• Zentrale Kontrolle• Modell implizit

• dynamische Umwelt• unscharfe Daten• nur Teilwelt erfassbar• subsymbolische Daten• Echtzeit• Multiagenten• Weltmodell je Agent

Schach


Warum Humanoide ?

• Machbarkeit: erste Zweibeiner P2/P3 (Honda)• Flexibilität des Verhaltens: Laufen, Springen,

Drehen• Bessere Mobilität als rollende Roboter, kann

Menschen überall hin folgen • Günstige Schnittstelle zum Menschen,

einfache Erlernbarkeit des Umgangs


Warum gerade Fußball ?

• Schach => neues attraktives Spiel mit Langzeit-Ausrichtung

• Robotikprobleme bisher: Echtzeit, Material, physikalische Kräfte, Bildverarbeitung, ...

• Neu: Kooperation von vielen Agenten• Gutes Testfeld für Humanoiden


Technische Entwicklungen

anstoßen

• Materialforschung• Steuerung• Sensoren• Kognitive Systeme


Materialforschung• Oberflächenmaterialien (weich, nicht

verletzend, schützend ... ~Haut)• Rahmenmaterial (leicht, stabil .. ~Knochen)• Energiespeicher (Batterien etc.: leicht,

leistungsstark, geringes Volumen)• Energiesparende Architektur• Bewegungssysteme (Motoren, Getriebe, ...)• Mechanisches Design (Zusammenspiel der

Aktuatoren, Verbindung der Bauteile)


Steuerung

• Hohe Mobilität (z.B. durch Laufen)• Robustes Verhalten (z.B. nach Sturz)• Komplexes Verhalten (angepasst an

Situation )• Viele Freiheitsgrade der Bewegung

(z.B. Honda P3 mit 30 DOF)


Sensoren• Vision (3D-Geometrien verarbeiten, komplexe

Muster erkennen)• Auditorische Sensoren (Spracherkennung,

Geräusche etc.)• Andere Sinnesorgane (Ultraschall, Laser-Echo,

Infrarot, Tastsinn, Motorspannungen.. )• Integration äußerer Sensoren• Integration innerer Sensoren• Integration äußerer und innerer Sensoren


Kognitive Systeme

• Strategieplanung (Bester Weg zum Ziel, Interaktion mit Menschen, Tieren und anderen Robotern)

• Lernen (Bewegungskontrolle, Sensorintegration, Strategien)

• Gehirn-Design (generelle Architektur für Strategieplanung, Lernen, Timing )


Mögliche Anwendungen

• Haushaltsroboter• Fertigungsautomatisierung• Hilfesysteme für Behinderte• Autopiloten• Warnsysteme• Katastropheneinsätze• Fernerkundung (Weltraum ...)• Intelligentes Spielzeug

Video


Robocup in der Lehre

• Grundlegndes technisches Wissen vermitteln

• Teamarbeit erlernen• Integration vieler Disziplinen• Hohe Motivation• Kreativität fördern


Roboter-Fußball

• Seit 1997: RoboCup-Initiative, FIRA/Mirosot• RoboCup - Zusammen mit KI-Konferenz • I - Simulationsliga• II - Kleine Roboter-Liga• III- Mittlere Roboter-Liga• IV- Sony-Hunde


Die Simulationsliga

Soccer server

Einfache Aktionen

Autonome Spieler

Schneller Einstieg


Die Liga der großen Roboter

Spielfeld9 5 Meter

Vier gegenvier


Das Freiburger Team (Prof. Nebel)

Pioneer 1 RoboterLibretto NotebookWaveLan Radio-EthernetSchußapparat

Vision System7 SonarsSICK Laser ScannerInterne Odometrie


Robocup-Regel-Design

• Glatter Spielverlauf• Nähe zum echten

Fußball (Regeln, Verhalten)

• Vermittelbarkeit (Öffentlichkeit: Zuschauer, Sponsoren)

• Interessante KI-Aufgabe

• Integration verschiedener Robotikdisziplinen

• Ergebnisse gut verwertbar


Die Liga der kleinen Roboter

18 cm maximalerDurchmesser


Robocup-Regeln kleine Liga

• Fairplay• 5 gegen 5, 2 x 10 Minuten, Golfball• Spielfeld Tischtennisplatte mit Rand• Robbi: 180 cm^2, d: 18cm, h:15cm• Verwarnung bis rote Karte bei Schieben• Nur 1 Verteidiger im Strafraum• Kamera von oben erlaubt, Farben&Beleuchtung festgelegt• Eingeklemmter Ball => Freistoß für zuletzt berührenden Robbi


Spielfeldaufbau

Globale KameraExterner RechnerFunkverbindung


Bild aus der Videokamera

1,52

2,74 Meter

640480 Pixel


RoboCup: Gruppe D, Stockholm

On-board-ElektronikFunk

Motoren


Die Motoren

Ein Motor pro Rad

1 m/s

16 Impulse pro Drehung

Feed-back-Schleife: Elektronik gleicht Soll-und Ist-Wert aus


Unser Board-Computer

• M6805-Mikrocontroller• 8K EEPROM• 16 Digitale I/O-Ports• 8 Analog-Eingaben• 2 Analog-Ausgaben

(PWM)• Status-LEDs• RS-232-Schnittstelle


Funkverbindung

Mikrocontroller

Wireless link SE-200(9600 Baud,433-434 MHz)

Roboter-ID


Der Schußapparat

RotierendePlatte


Block-Diagramm der Software

Benutzer-schnittstelle

Funk-verbindung

ReaktivesVerhalten

Vision-System


Benutzerschnittstelle

Vision AutomatischeSteuerung

Initialisierung

Visualisierung

ManuelleSteuerung


Bilderkennung

Ball-Modul

Team-Modul

Team-Modul

Update-Modul

Frame Grabber

Koordinatentransformtion: Roboter, Ball, Hindernisse


Ballverfolgung


Team-Steuerung

Robbi 1

Team-Ebenen

Robbi 2 Robbi 3 Robbi 4 Robbi 5


Aufbau einer EbeneH ö h e r e E b e n e

Sensoren Verhalten Aktoren

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

Physika-lische Aktoren

Physika-lische Sensoren


Torschuß: Team-Ebene

Feldspieler 1

Soll_ich = 0

Homing=>Decken

Feldspieler 3

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


Torschuß: Robbi-EbenenTorschuß

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


Sensor-Aggregation

Ebene i-1

Ebene i+1

Ebene i


Taxis


Torschuß


Torwartverhalten


FU-Fighters versus Big RedVizeweltmeister und Weltmeister beim Robocup 99 in Stockholm


Die Stockholmer FU-Fighters

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

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