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FU-FIGHTERS FREIE UNIVERSITÄT BERLIN Das RoboCup-Team der Freien Universität Berlin Peter Ackers, Sven Behnke, Bernhard Frötschl, Wolf Lindstrot, Manuel.

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1 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

2 FU-FIGHTERS FREIE UNIVERSITÄT BERLIN Roboterfußball - Wieso ? Meilenstein-Projekt (~Apollo) Technische Entwicklungen anstoßen Übertragung auf Anwendungen Lehre

3 FU-FIGHTERS FREIE UNIVERSITÄT BERLIN 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

4 FU-FIGHTERS FREIE UNIVERSITÄT BERLIN 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

5 FU-FIGHTERS FREIE UNIVERSITÄT BERLIN 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

6 FU-FIGHTERS FREIE UNIVERSITÄT BERLIN 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

7 FU-FIGHTERS FREIE UNIVERSITÄT BERLIN Technische Entwicklungen anstoßen Materialforschung Steuerung Sensoren Kognitive Systeme

8 FU-FIGHTERS FREIE UNIVERSITÄT BERLIN 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)

9 FU-FIGHTERS FREIE UNIVERSITÄT BERLIN 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)

10 FU-FIGHTERS FREIE UNIVERSITÄT BERLIN 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

11 FU-FIGHTERS FREIE UNIVERSITÄT BERLIN 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 )

12 FU-FIGHTERS FREIE UNIVERSITÄT BERLIN Mögliche Anwendungen Haushaltsroboter Fertigungsautomatisierung Hilfesysteme für Behinderte Autopiloten Warnsysteme Katastropheneinsätze Fernerkundung (Weltraum...) Intelligentes Spielzeug Video

13 FU-FIGHTERS FREIE UNIVERSITÄT BERLIN Robocup in der Lehre Grundlegndes technisches Wissen vermitteln Teamarbeit erlernen Integration vieler Disziplinen Hohe Motivation Kreativität fördern

14 FU-FIGHTERS FREIE UNIVERSITÄT BERLIN 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

15 FU-FIGHTERS FREIE UNIVERSITÄT BERLIN Die Simulationsliga Soccer server Einfache Aktionen Autonome Spieler Schneller Einstieg

16 FU-FIGHTERS FREIE UNIVERSITÄT BERLIN Die Liga der großen Roboter Spielfeld 9  5 Meter Vier gegen vier

17 FU-FIGHTERS FREIE UNIVERSITÄT BERLIN Das Freiburger Team (Prof. Nebel) Pioneer 1 Roboter Libretto Notebook WaveLan Radio-Ethernet Schußapparat Vision System 7 Sonars SICK Laser Scanner Interne Odometrie

18 FU-FIGHTERS FREIE UNIVERSITÄT BERLIN Robocup-Regel-Design Glatter Spielverlauf Nähe zum echten Fußball (Regeln, Verhalten) Vermittelbarkeit (Öffentlichkeit: Zuschauer, Sponsoren) Interessante KI- Aufgabe Integration verschiedener Robotikdisziplinen Ergebnisse gut verwertbar

19 FU-FIGHTERS FREIE UNIVERSITÄT BERLIN Die Liga der kleinen Roboter 18 cm maximaler Durchmesser

20 FU-FIGHTERS FREIE UNIVERSITÄT BERLIN 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

21 FU-FIGHTERS FREIE UNIVERSITÄT BERLIN Spielfeldaufbau Globale Kamera Externer Rechner Funkverbindung

22 FU-FIGHTERS FREIE UNIVERSITÄT BERLIN Bild aus der Videokamera 1,52  2,74 Meter 640  480 Pixel

23 FU-FIGHTERS FREIE UNIVERSITÄT BERLIN RoboCup: Gruppe D, Stockholm On-board-Elektronik Funk Motoren

24 FU-FIGHTERS FREIE UNIVERSITÄT BERLIN Die Motoren Ein Motor pro Rad 1 m/s 16 Impulse pro Drehung Feed-back-Schleife: Elektronik gleicht Soll- und Ist-Wert aus

25 FU-FIGHTERS FREIE UNIVERSITÄT BERLIN Unser Board-Computer M6805-Mikrocontroller 8K EEPROM 16 Digitale I/O-Ports 8 Analog-Eingaben 2 Analog-Ausgaben (PWM) Status-LEDs RS-232-Schnittstelle

26 FU-FIGHTERS FREIE UNIVERSITÄT BERLIN Funkverbindung Mikrocontroller Wireless link SE-200 (9600 Baud, MHz) Roboter-ID

27 FU-FIGHTERS FREIE UNIVERSITÄT BERLIN Der Schußapparat Rotierende Platte

28 FU-FIGHTERS FREIE UNIVERSITÄT BERLIN Block-Diagramm der Software Benutzer- schnittstelle Funk- verbindung Reaktives Verhalten Vision- System

29 FU-FIGHTERS FREIE UNIVERSITÄT BERLIN Benutzerschnittstelle Vision Automatische Steuerung Initialisierung Visualisierung Manuelle Steuerung

30 FU-FIGHTERS FREIE UNIVERSITÄT BERLIN Bilderkennung Ball-Modul Team-Modul Update- Modul Frame Grabber Koordinatentransformtion: Roboter, Ball, Hindernisse

31 FU-FIGHTERS FREIE UNIVERSITÄT BERLIN Ballverfolgung

32 FU-FIGHTERS FREIE UNIVERSITÄT BERLIN Team-Steuerung Robbi 1 Team-Ebenen Robbi 2Robbi 3Robbi 4Robbi 5

33 FU-FIGHTERS FREIE UNIVERSITÄT BERLIN Aufbau einer Ebene H ö h e r e E b e n e SensorenVerhaltenAktoren T i e f e r e E b e n e Physika- lische Aktoren Physika- lische Sensoren

34 FU-FIGHTERS FREIE UNIVERSITÄT BERLIN 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

35 FU-FIGHTERS FREIE UNIVERSITÄT BERLIN Torschuß: Robbi-Ebenen Torschuß AnlaufVollstrecken Fahren_VollstreckenLenken_AnlaufLenken_vorwärtsFahren_Anlauf Schußziel Zielposition FahrenLenken Ebene 2: alle 16 Frames Ebene 1: alle 4 Frames Ebene 0: jeder Frame Feldspieler 3

36 FU-FIGHTERS FREIE UNIVERSITÄT BERLIN Torschuß: Anlauf x 15cm prop. zu x Schußzie l Zielposition

37 FU-FIGHTERS FREIE UNIVERSITÄT BERLIN Torschuß: Anlauf-Trajektorie

38 FU-FIGHTERS FREIE UNIVERSITÄT BERLIN Torschuß: Vollstrecken 30cm Zielposition Positionen, bei denen Vollstrecken aktiv wird

39 FU-FIGHTERS FREIE UNIVERSITÄT BERLIN Ballvorhersage: Anlauf

40 FU-FIGHTERS FREIE UNIVERSITÄT BERLIN Sensor-Aggregation: Roboterposition Ebene 0: die vom Vision-Modul gelieferte Position „springt“ (bei stehendem Roboter) Ebene 1: geglättete Position

41 FU-FIGHTERS FREIE UNIVERSITÄT BERLIN Sensor-Aggregation Ebene i-1 Ebene i+1 Ebene i

42 FU-FIGHTERS FREIE UNIVERSITÄT BERLIN Taxis

43 FU-FIGHTERS FREIE UNIVERSITÄT BERLIN Torschuß

44 FU-FIGHTERS FREIE UNIVERSITÄT BERLIN Torschuß

45 FU-FIGHTERS FREIE UNIVERSITÄT BERLIN Torwartverhalten

46 FU-FIGHTERS FREIE UNIVERSITÄT BERLIN FU-Fighters versus Big Red Vizeweltmeister und Weltmeister beim Robocup 99 in Stockholm

47 FU-FIGHTERS FREIE UNIVERSITÄT BERLIN Die Stockholmer FU-Fighters Lindstrot, Rojas, de Melo, Behnke, Tenchio Sprengel, Frötschl, Simon, Akers, Schebesch


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