Ralf Salomon, Frank Golatowski

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1 Ralf Salomon, Frank Golatowski
Aufbau höherer Strategien für kleine autonome mobile Roboter basierend auf Methoden der dynamischer Rollengenerierung und lokaler Interaktion Ralf Salomon, Frank Golatowski Universität Rostock

2 Arbeitsgebiete Künstliche Intelligenz
Soft Computing, Evolvable Hardware Mobile Agenten Objektorientierte und komponenten- basierte Softwareentwicklung Eingebettete und Echtzeit- Systeme Rechnerarchitektur und -systeme High-level Systementwurf Chipdesign (FPGA, ASIC) VLSI Entwurfsunterstützung harter Echtzeitsysteme Rapid Prototyping Mobile computing systems

3 Gliederung Dezentraler Ansatz (lokale Interaktion und dynamische Rollenberechnung) Aufgaben und Realisierung Aktueller Stand Zusammenfassung

4 Small size league

5 Small size league: dezentrale Architektur
Key Challenges Distributed intelligence Parsimonious design Timing constraints Power awareness

6 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 Algorithmische Herausforderungen
Sinnvolle Rollenverteilung ohne Doppel- und Fehlbelegungen Vermeidung des durch Fehlkommunikation verursachten Thrashings Navigations- und Kollisionsvermeidung Beschleunigung von Teilalgorithmen durch Auslagerung auf rekonfigurierbare Hardware (parsimonious design) Generische Middleware für drahtlose Kommunikationstechnologien Zu 4.) bezieht sich vornehmlich auf BV, aber soll auch optional auf evolvable HW ausgedehnt werden.

8 Zentrale Architektur Strategie komponente Daten komponente
Roboter komponente Bildverarbeitungs- komponente Simulator komponente Roboter komponente Roboter komponente Roboter komponente

9 Dezentrale Architektur

10 Dezentrale Architektur

11 Rollenberechnung Rollenimplementation
Beispiel: Ballholer „Läuft aus jeder beliebigen Entfernung zum Ball mit dem Ziel, den Ball schnellstmöglich zu erreichen.“

12 Software-Entwicklungsprozess
Unterstützung auf drei Ebenen Software-Engineering für autonome Agentensoftware Beschreibung des Systemverhaltens Effiziente Entwicklung und Verifikation von Kernalgorithmen Automatische Codegenerierung Echtzeitverhalten, Deterministik Design Exploration Kombination effektiver Algorithmen Entwurfsbeschleunigung durch hohen Abstraktionsgrad und gleichzeitigem Durchgriff auf niedrigere Entwurfsebenen Anwendung Robocup ist ähnlich wie andere komplexe Anwendungen (Flugzeug) eine Langzeit-Anwendung, die Erweiterbarkeit und Wartbarkeit der Teilkomponenten erfordert Ohne Entwurf und Verifikation ist die Entwicklung von stabilen Langzeitsystemen nicht möglich Ständig wechselnde Teams

13 Visionen Vertiefte Einblicke in die Funktionsweise verteilter Intelligenz Sich selbst weiterentwickelnde Systeme mittels abstrakter Spezifikationen Kombination aus eingebetteten Systemen, Software-Engineering und künstlicher Intelligenz auf komplexe, skalierbare Systeme

14 Wo stehen wir? Zentralisiertes Gesamtsystem komplett in UML beschrieben Strategie mit Rollenverteilung nach Potenzialmethode Roboter mit omnidirektionalem Antrieb Simulator Containersteuerung Bildver- arbeitung Simulator Strategie Befehle senden Positionen senden

15 Wo stehen wir? Zentralisiertes Gesamtsystem komplett in UML beschrieben Strategie mit Rollenverteilung nach Potenzialmethode Roboter mit omnidirektionalem Antrieb Simulator

16 Zusammenfassung Entwicklung verteilter Intelligenz bei dezentrale Steuerung und lokaler Interaktion Beschleunigung der Design Exploration Integration unter Beachtung der Computational Efficiency

17 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 Vielen Dank...

19 Arbeitsplan (aktualisiert)

20 Aufgaben UML Beschreibung der einzelnen Komponenten
Spezifikation des notwendigen Zeitverhaltens, damit Komponenten ausgetauscht werden können und eine dezentrale Realisierung schon im Entwurfsprozess unterstützt wird. Realisierung der dynamischen Rollenzuweisung Aufbau eines lokalen drahtlosen Kommunikationsnetzwerkes. Anpassung bzw. Erweiterung existierender Navigationsalgorithmen Entwicklung einer Entscheidungskomponente, die auf Softcomputing-Methoden basiert Test der spezifizierten Algorithmen (Rollenzuteilung und Rollenaustausch) sowohl durch Simulation als auch im Roboter-Team.

21 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 Detaillierte Aufgaben: Strategie Rollenverteilung und Rollenwahl
Dynamische Berechnung der Rollen und Rollenverteilung Entwicklung interagierendes Feedbacksystem Optimierung Strategienauswahl

23 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 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 Arbeitsplan (aus Antrag)

26 Der R.O.P.E.S Prozess Rapid Object-Oriented Process for Embedded Systems

27 Datenfluss im Container
Ablaufsteuerung der Software im RoboCup Projekt Abarbeitung der Module in Threads Simulator Strategie Befehle Senden Container Simulationsmodus Realmodus Positionen Senden Bildverar- beitung

28 Zustandsdiagramm Container
Containersteuerung Bildver- arbeitung Simulator Strategie Befehle Senden Positionen Senden

29 Zustandsdiagramm Container

30 CCommunicationSettings
Die Datenablage CInitialisierung CTacticSettings CStaticElements CDynamicElements CPlayingField BallSettings CGameSettings CDynamicTactic CRobotSettings CCommunicationSettings CElements CRobotTypeA CRobotTypeB CPlayer COpponent CBall

31 CRulesystemPotenzial
Die Rollenverteilung CRulesystemBasis CRulesystemOne CRulesystemTwo CRulesystemPotenzial CRulesystemThree CRulesystemFour

32 Die Rollen CPassiveRole CActiveRole CPassgeber CRole CExtraRole
CPassempfaenger CSchütze CBallholer CDribbler CBallbefreier CPositionierer CAbsicherer CWartender CFreudentaumel CBlockierer CTorwart CElfmeterschuetze CFreistossschuetze

33 Ablauf der Strategieberechnung
Übergabe der Positionen Rollenverteilung Für jeden Spieler Rollenberechnung Zurückgabe der Befehle

34 Zentrale Strategiekomponente
Umwandlung von Bildinformationen zu Befehlen für die Roboter Basiert auf rollenbasierten Ansatz (Rollenverteilung, Rollenausführung) Potenzialmethode zur Rollenverteilung

35 Tests mit dem Simulator
Nachweis der Funktionalität, Einsetzbarkeit Simulator als Idealisiertes Abbild der Realität

36 Ergebnisse der Tests Zusammenarbeit Strategiemodul mit Container und Simulator möglich Rollenverteilung einfach, aber robust Rollen funktionieren Hindernisvermeidung meistens erfolgreich Torwart ist sehr gut

37 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