Small Size Robot League Fußballroboter

Die internationale Veranstaltung Robot Soccer World Cup, kurz Robocup, ist maßgeblich der Grund dafür, dass das heutige RobLab in dieser Form existiert. Sie fand 1997 erstmals in Nagoya in Japan statt. Bei dieser Veranstaltung handelt es sich um einen internationalen Wettkampf zwischen fußballspielenden Robotern verschiedener Nationen. Ziel der Veranstaltung ist es neben dem eigentlichen Wettkampf den jeweils aktuellen Stand im Bereich der Robotik und künstlichen Intelligenz zu demonstrieren. Ferner beschäftigt sich der jährlich stattfindende Robocup auch noch mit anderen Gebieten wie "RoboCupRescue", "RoboCup@Home" und "RoboCupJunior". Näheres kann man hierzu auf der offiziellen Webseite www.robocup.org nachlesen.

Die Fußballroboter bilden das erste große Projekt des RobLab, ehemals Unimatrix AG. Sie waren ausserdem der Grund, weshalb das RobLab gegründet wurde. Man entschied sich zudem für die Small Size League Klasse, also die Spielklasse der Kleinroboter. Die Roboter der Unimatrix Robotik AG hatten schlussendlich eine Höhe von 16,5 cm und einen Durchmesser von 18 cm.

Begonnen hatte man also bei null, sprich ohne jedwedes Material bzw. Kenntnis über die Herstellung von Robotern. Die Faszination und Begeisterung für die Thematik bestand aber seit Beginn des Projekts. So begann das Projekt mit einer handvoll Studenten unter der Leitung von Professor Dr. Oleg Taraszow. Schnell legte man sich darauf fest, dass aus Kostengründen Lego Technic als Plattform für die ersten Fußballroboter benutzt werden sollte. Benötigte Materialien wurden, genau wie heute, aus dem Internet bestellt, aus Elektronikläden, aber auch Baumärkten. Doch dazu später mehr. Als erster Microcontroller kam die C-Control II Unit von Conrad Electronics zum Einsatz. Verglichen zu heute, war dieser Controller noch sehr einfach gestrickt, doch erfüllte er bereits damals seine Aufgabe. Auch setzte man vorerst auf eine kabelgebundene Stromversorgung.

Da die damalige Unimatrix Fußballroboter AG aus einem Kernteam von fünf, sechs Leuten bestand, wurden anstehende Arbeiten aufgeteilt.

Eine Abteilung beschäftigte sich mit der Schusstechnik bzw. dem hierfür benötigten Apparat. Türklingeln dienten als erste Impulsgeber für einen Schuss, später kam man darauf Blitzgeräte von Kameras einzubinden. Man schrieb sogar eine Firma an, die der AG daraufhin knapp fünfzig, defekte Einwegkameras zukommen ließ, deren Blitzgeräte aber funktionierten. Aufgrund der Komplexität experimentierte man aber weiter. Man versuchte sich an einer Federspannschussvariante, Bolzenschuss und einer rotierenden Stange. Alle Varianten hatten Vor- und Nachteile: manchmal war die Präzision höher, mal die Komplexität. Man entschied sich schlussendlich für die rotierende Stange: die leichte Dosierbarkeit der Schusskraft, die Möglichkeit des "Dauerschießens" und der relativ einfache Aufbau sprachen dafür. Nachteilig war nur, dass der Schusszeitpunkt nicht ganz präzise war.

Die ersten beiden Generationen der Fußballroboter glichen auch vom Äußeren her eher einem Prototypen: alles war provisorisch verklebt, die C-Control war oben aufgeschnallt und erste Akkupacks waren dort aufgelegt, wo noch Platz zu finden war.

Wie bereits erwähnt, wurde die erste Generation der Fußballroboter (noch ohne Schussapparat) als auch die zweite Generation mittels Lego Technic realisiert. Spätestens jetzt beim Einbau des geplanten Schussapparats stieß man an die Grenzen des Machbaren. Man versuchte die elektronischen Komponenten auf einen Sperrholz- und später dann Glaskörper zu portieren.Parallel hierzu arbeitete ein anderes Team an dem Kamerasystem, welches für den Ablauf des Spiels unerlässlich ist: die Roboter erhielten hierzu auf der Oberseite eine farbige Markierung. Kameras, die an der Decke angebracht waren, nahmen die Roboter auf und schickten ihre Positionen, sowie die Position des Spielballs an eine weitere Abteilung: die der Spielstrategie. Diese Abteilung war für die Auswertung der erhaltenen Daten zuständig, verarbeitete sie und schickte den Robotern passende Strategien für den weiteren Spielverlauf, regelte also deren Verhalten und betrieb eine Ballprediktion, sprich sagte voraus, an welcher Stelle der Ball landen könne. Dies alles war sehr rechenintensiv, konnte aber, wenn auch nicht optimal, realisiert werden. Die Kameraabteilung arbeitete an einigen anderen Programmen, die allesamt Robo... im Titel trugen (RoboSim: Physiksimulation, RoboControl: Joysticksteuerung für die Roboter, RoboView: Anzeigepgrogramm usw.). Nach anfänglichen Versuchen mit handelsüblichen Webcams verwendete man schließlich Kameras der Firma Allied Vision Technologies (Typ: AVT Marlin mit Firewire-Anschluss), die es zu dem Zeitpunkt noch gar nicht lange gab. Diese industriellen Kameras konnten zeitnaher ausgelesen werden, da sie eine schnellere Zugriffszeit als die Webcams bieten.

Für den Aufbau des Spielfelds kamen eine Umzäunung aus Holz, sowie grüner Teppich als Kunstrasen zum Einsatz. Professor Dr. Taraszow war die ganze Zeit über für das Projekt da: die damaligen Teilnehmer erinnern sich heute noch dran, dass wann immer etwas benötigt wurde, es nicht lange dauerte, bis es organisiert wurde.

Man versuchte weiterhin die bestehenden Roboter immer weiter zu verbessern und Schwachstellen auszumerzen. So nahm man sich u.a. Die Räder vor: zu Beginn bestanden diese aus Plastik. Sie nutzten sich mit der Zeit aber ab und so musste eine beständigere Alternative her: ein Rad aus Metall, welches an der Lauffläche mit Gummiringen versehen war. Um die Räder auch in ausreichender Stückzahl anfertigen zu können, kam für die Unimatrix AG noch eine komplette Werkstattausstattung hinzu: sie beinhaltete eine Drehbank, einen Säulenbohrer und weiteres Zubehör. Trotz der Hilfsmittel war der Aufwand immens: an einem Tag konnte lediglich ein Rad hergestellt werden. Eine gummierte Rolle, wie rechts zu sehen, benötigte eine knappe halbe Stunde. So hat der Aufbau eines einzelnen Roboters zwei bis drei Wochen benötigt.

Die Werkstatt diente auch der Herstellung der finalen vierten Generation der Fußballroboter: die gläsernen Platten wichen Platten aus Metall, auf denen die Roboter dann aufgebaut wurden.

Wie oben erwähnt, wurden auch Baumärkte aufgesucht, um Materialien für die Roboter zu beschaffen. Dort gab es große Augen, als man eine Bestellung für dreihundert der für die Räder benötigten Gummiringe in aufgab. Auch brannte damals, wenn der Campus schon dunkel war, nur in der Unimatrix noch Licht. 2004 hatte man somit etwas Vorzeigbares und stellte die Roboter u.a. auf dem Tag der Forschung, welcher von der Sparkasse Fulda abgehalten wurde, vor. Man hatte zu diesem Zeitpunkt fünf lauffähige Roboter und konnte somit kleine Partien zeigen, bei denen zwei gegen zwei spielten. Es wurde aber immer nur kurz präsentiert, da ständig etwas kaputt ging (z.B. Platine abgeraucht). Die Reparatur dauerte dann jeweils bis zu zwei Stunden, bevor man wieder präsentieren konnte.

Eine weitere Gegebenheit erschwerte den Ablauf: da die Sparkassenfiliale ein Glasdach besaß und somit viel Licht einfiel, kamen die Kameras, die die Roboter aufnahmen, durcheinander. Und so konnte ein optimaler Ablauf nicht gewährt werden.

Die oben genannten Probleme waren auch der Grund, weshalb die Unimatrix es dann leider nie geschafft hat, bei einem Robocup-Turnier teilzunehmen: zum einen war das Budget im Vergleich zur Konkurrenz wesentlich geringer, als auch die vorhandene Arbeitskraft, weshalb die Konkurrenz teils deutlich stärker war und die Unimatrix auf die bestehenden Roboter angewiesen war und nicht unbegrenzt Ersatzroboter zur Verfügung hatte.

Trotz alledem wurde das RobLab nicht aufgegeben und somit waren die Fußballroboter lediglich eine Pioniersarbeit, die heute in vielen verschiedenen weiteren Projekten gemündet ist.

 

Verschiedene Entwicklungsstufen

Erster Prototyp
Version 2
Finaler Prototyp