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Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik, Universität Rostock Ralf Salomon, Frank Golatowski.

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Präsentation zum Thema: "Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik, Universität Rostock Ralf Salomon, Frank Golatowski."—  Präsentation transkript:

1 Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik, Universität Rostock Ralf Salomon, Frank Golatowski Universität Rostock Aufbau höherer Strategien für kleine autonome mobile Roboter basierend auf Methoden der dynamischer Rollengenerierung und lokaler Interaktion

2 Ralf Salomon Frank Golatowski Universität Rostock Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik FB Elektrotechnik und Informationstechnik Arbeitsgebiete Entwurfsunterstützung harter Echtzeitsysteme Rapid Prototyping Eingebettete und Echtzeit- Systeme Mobile computing systems Rechnerarchitektur und -systeme High-level Systementwurf Chipdesign (FPGA, ASIC) VLSI Soft Computing, Evolvable Hardware Mobile Agenten Künstliche Intelligenz Objektorientierte und komponenten- basierte Softwareentwicklung

3 Ralf Salomon Frank Golatowski Universität Rostock Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik FB Elektrotechnik und Informationstechnik Gliederung 1.Dezentraler Ansatz (lokale Interaktion und dynamische Rollenberechnung) 2.Aufgaben und Realisierung 3.Aktueller Stand 4.Zusammenfassung

4 Ralf Salomon Frank Golatowski Universität Rostock Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik FB Elektrotechnik und Informationstechnik Small size league

5 Ralf Salomon Frank Golatowski Universität Rostock Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik FB Elektrotechnik und Informationstechnik Small size league: dezentrale Architektur Key Challenges Distributed intelligence Parsimonious design Timing constraints Power awareness

6 Ralf Salomon Frank Golatowski Universität Rostock Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik FB Elektrotechnik und Informationstechnik Selbständig agierende Teammitglieder Kohärentes Systemverhalten trotz autonom agierender Agenten Aufgabenteilung zwischen den Robotern –Dynamische Rollenverteilung auf die Roboter –Autonome Rollenwahl mittels Potenzialmethode –Dabei Unterstützung mittels sporadischer lokaler Kommunikation (peer-to-peer)

7 Ralf Salomon Frank Golatowski Universität Rostock Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik FB Elektrotechnik und Informationstechnik Algorithmische Herausforderungen 1.Sinnvolle Rollenverteilung ohne Doppel- und Fehlbelegungen 2.Vermeidung des durch Fehlkommunikation verursachten Thrashings 3.Navigations- und Kollisionsvermeidung 4.Beschleunigung von Teilalgorithmen durch Auslagerung auf rekonfigurierbare Hardware (parsimonious design) 5.Generische Middleware für drahtlose Kommunikationstechnologien

8 Ralf Salomon Frank Golatowski Universität Rostock Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik FB Elektrotechnik und Informationstechnik Zentrale Architektur Bildverarbeitungs- komponente Daten komponente Strategie komponente Roboter komponente Simulator komponente Roboter komponente

9 Ralf Salomon Frank Golatowski Universität Rostock Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik FB Elektrotechnik und Informationstechnik Dezentrale Architektur

10 Ralf Salomon Frank Golatowski Universität Rostock Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik FB Elektrotechnik und Informationstechnik Dezentrale Architektur

11 Ralf Salomon Frank Golatowski Universität Rostock Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik FB Elektrotechnik und Informationstechnik Rollenberechnung Rollenimplementation Beispiel: BallholerLäuft aus jeder beliebigen Entfernung zum Ball mit dem Ziel, den Ball schnellstmöglich zu erreichen.

12 Ralf Salomon Frank Golatowski Universität Rostock Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik FB Elektrotechnik und Informationstechnik Software-Entwicklungsprozess Unterstützung auf drei Ebenen 1.Software-Engineering für autonome Agentensoftware 2.Beschreibung des Systemverhaltens –Effiziente Entwicklung und Verifikation von Kernalgorithmen –Automatische Codegenerierung –Echtzeitverhalten, Deterministik 3.Design Exploration –Kombination effektiver Algorithmen –Entwurfsbeschleunigung durch hohen Abstraktionsgrad und gleichzeitigem Durchgriff auf niedrigere Entwurfsebenen

13 Ralf Salomon Frank Golatowski Universität Rostock Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik FB Elektrotechnik und Informationstechnik Visionen 1.Vertiefte Einblicke in die Funktionsweise verteilter Intelligenz 2.Sich selbst weiterentwickelnde Systeme mittels abstrakter Spezifikationen 3.Kombination aus eingebetteten Systemen, Software-Engineering und künstlicher Intelligenz auf komplexe, skalierbare Systeme

14 Ralf Salomon Frank Golatowski Universität Rostock Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik FB Elektrotechnik und Informationstechnik Wo stehen wir? Zentralisiertes Gesamtsystem komplett in UML beschrieben Strategie mit Rollenverteilung nach Potenzialmethode Roboter mit omnidirektionalem Antrieb Simulator Containersteuerung Befehle senden Bildver- arbeitung Strategie Positionen senden Simulator

15 Ralf Salomon Frank Golatowski Universität Rostock Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik FB Elektrotechnik und Informationstechnik Wo stehen wir? Zentralisiertes Gesamtsystem komplett in UML beschrieben Strategie mit Rollenverteilung nach Potenzialmethode Roboter mit omnidirektionalem Antrieb Simulator

16 Ralf Salomon Frank Golatowski Universität Rostock Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik FB Elektrotechnik und Informationstechnik Zusammenfassung Entwicklung verteilter Intelligenz bei dezentrale Steuerung und lokaler Interaktion Beschleunigung der Design Exploration Integration unter Beachtung der Computational Efficiency

17 Ralf Salomon Frank Golatowski Universität Rostock Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik FB Elektrotechnik und Informationstechnik Kontaktinformation ? Lage des Institut in Rostock-Warnemuende Universität Rostock FB Elektrotechnik und Informationstechnik Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik Richard-Wagner Str Rostock-Warnemünde Germany Tel.: Fax:

18 Ralf Salomon Frank Golatowski Universität Rostock Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik FB Elektrotechnik und Informationstechnik Vielen Dank...

19 Ralf Salomon Frank Golatowski Universität Rostock Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik FB Elektrotechnik und Informationstechnik Arbeitsplan (aktualisiert)

20 Ralf Salomon Frank Golatowski Universität Rostock Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik FB Elektrotechnik und Informationstechnik Aufgaben 1.UML Beschreibung der einzelnen Komponenten 2.Spezifikation des notwendigen Zeitverhaltens, damit a)Komponenten ausgetauscht werden können und b)eine dezentrale Realisierung schon im Entwurfsprozess unterstützt wird. 3.Realisierung der dynamischen Rollenzuweisung 4.Aufbau eines lokalen drahtlosen Kommunikationsnetzwerkes. 5.Anpassung bzw. Erweiterung existierender Navigationsalgorithmen 6.Entwicklung einer Entscheidungskomponente, die auf Softcomputing-Methoden basiert 7.Test der spezifizierten Algorithmen (Rollenzuteilung und Rollenaustausch) sowohl durch Simulation als auch im Roboter-Team.

21 Ralf Salomon Frank Golatowski Universität Rostock Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik FB Elektrotechnik und Informationstechnik Aufgaben Gaining insight into the nature of distributed intelligence Dynamische Rollenzuweisung nach Potenzialmethode Transformation auf dezentralen Ansatz Lokale Kommunikation Lokale Bildverarbeitung durch effiziente Hardware- Unterstützung (FPGA) Integration hardwarebasierter Bilderkennungsalgorithmen Echtzeitnachweis Funktionstests mit mobilen Robotern

22 Ralf Salomon Frank Golatowski Universität Rostock Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik FB Elektrotechnik und Informationstechnik Detaillierte Aufgaben: Strategie Rollenverteilung und Rollenwahl Dynamische Berechnung der Rollen und Rollenverteilung Entwicklung interagierendes Feedbacksystem Optimierung Strategienauswahl

23 Ralf Salomon Frank Golatowski Universität Rostock Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik FB Elektrotechnik und Informationstechnik Detaillierte Aufgaben: Strategie Vorhersage des Verhaltens von Roboter u. Ball Spezielle Algorithmen zur Hindernisvermeidung und Wegeplanung Integration aller zur Verfügung stehender Rollen in die Rollenverteilungen Entwicklung interagierendes Feedbacksystem Dynamische Berechnung der Rollen und Rollenverteilung Optimierung Strategienauswahl

24 Ralf Salomon Frank Golatowski Universität Rostock Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik FB Elektrotechnik und Informationstechnik Rollenverteilung Potenzialmethode Analyse aus Sicht des einzelnen Spielers Verteilung von Gewichten an die Spieler Bis zu 24 Potenziale pro Spieler Potenziale für Gegenspieler Ergebnis: Potenzial die speziellen Rollen auszuüben Rollenvergabe nach den Potenzialen

25 Ralf Salomon Frank Golatowski Universität Rostock Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik FB Elektrotechnik und Informationstechnik Arbeitsplan (aus Antrag)

26 Ralf Salomon Frank Golatowski Universität Rostock Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik FB Elektrotechnik und Informationstechnik Der R.O.P.E.S Prozess Rapid Object-Oriented Process for Embedded Systems

27 Ralf Salomon Frank Golatowski Universität Rostock Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik FB Elektrotechnik und Informationstechnik Datenfluss im Container Ablaufsteuerung der Software im RoboCup Projekt Abarbeitung der Module in Threads Realmodus Simulationsmodus Bildverar- beitung Befehle Senden Simulator Strategie Positionen Senden Container

28 Ralf Salomon Frank Golatowski Universität Rostock Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik FB Elektrotechnik und Informationstechnik Zustandsdiagramm Container Bildver- arbeitung Befehle Senden Strategie Positionen Senden Simulator Containersteuerung

29 Ralf Salomon Frank Golatowski Universität Rostock Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik FB Elektrotechnik und Informationstechnik Zustandsdiagramm Container

30 Ralf Salomon Frank Golatowski Universität Rostock Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik FB Elektrotechnik und Informationstechnik Die Datenablage CRobotSettings CStaticElements CInitialisierung CDynamicElements CPlayingField CRobotTypeA CTacticSettings CCommunicationSettings CRobotTypeB CElements CPlayerCOpponentCBall CGameSettings CDynamicTactic BallSettings

31 Ralf Salomon Frank Golatowski Universität Rostock Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik FB Elektrotechnik und Informationstechnik Die Rollenverteilung CRulesystemOne CRulesystemBasis CRulesystemTwoCRulesystemPotenzial CRulesystemThreeCRulesystemFour

32 Ralf Salomon Frank Golatowski Universität Rostock Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik FB Elektrotechnik und Informationstechnik Die Rollen CPassiveRole CActiveRole CPassgeber CRole CExtraRole CPassempfaenger CSchütze CBallholer CDribbler CBallbefreier CPositionierer CAbsicherer CWartender CFreudentaumel CBlockierer CTorwart CElfmeterschuetze CFreistossschuetze

33 Ralf Salomon Frank Golatowski Universität Rostock Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik FB Elektrotechnik und Informationstechnik Ablauf der Strategieberechnung Übergabe der Positionen Rollenverteilung Rollenberechnung Zurückgabe der Befehle Für jeden Spieler

34 Ralf Salomon Frank Golatowski Universität Rostock Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik FB Elektrotechnik und Informationstechnik Zentrale Strategiekomponente Umwandlung von Bildinformationen zu Befehlen für die Roboter Basiert auf rollenbasierten Ansatz (Rollenverteilung, Rollenausführung) Potenzialmethode zur Rollenverteilung

35 Ralf Salomon Frank Golatowski Universität Rostock Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik FB Elektrotechnik und Informationstechnik Tests mit dem Simulator Nachweis der Funktionalität, Einsetzbarkeit Simulator als Idealisiertes Abbild der Realität

36 Ralf Salomon Frank Golatowski Universität Rostock Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik FB Elektrotechnik und Informationstechnik Ergebnisse der Tests Zusammenarbeit Strategiemodul mit Container und Simulator möglich Rollenverteilung einfach, aber robust Rollen funktionieren Hindernisvermeidung meistens erfolgreich Torwart ist sehr gut

37 Ralf Salomon Frank Golatowski Universität Rostock Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik FB Elektrotechnik und Informationstechnik Ergebnisse Strategiemodul Lauffähiges Strategiemodul zum Testen und Weiterentwickeln Klare Struktur Verständlichkeit ist gegeben Erweiterbarkeit ist möglich Dokumentation mit Rhapsody und UML Zusammenarbeit mit Container und Simulator


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