R-ZWEI KICKERS – Das RoboCup SPL Team der Hochschule Kaiserslautern

Der Robot Soccer World Cup ist die Fußball WM für Roboter. Der erste Wettkampf wurde 1997 bestritten und heute werden neben Fußball auch viele andere Wettkampf Arten ausgefochten, wie z. Bsp. auch die RoboCup Rescue League, bei dem die Roboter auf eine Rettungsmission entsandt werden.

Beim RoboCup lassen verschiedene Teams aus aller Welt ihr 5 Roboter in 2 Mannschaften gegeneinander wetteifern und dabei um den Fußball kämpfen, den Gegner austricksen und Tore schießen.  Die “Standard Platform League” (SPL) verwendet ausschließlich den gleichen Roboter, den NAO v6.

Die kleinen Roboter müssen sich vollständig autonom über das Spielfeld bewegen und dürfen nur wenig miteinander kommunizieren, um dennoch eine Team Strategie zu entwickeln, die zum Sieg führt. Dabei sollen sie trotz allem unabhängig voneinander agieren können.

GORE 2022

Wegen den letzten uns wohl bekannten, weltweiten Corona Restriktionen wurde der RoboCup 2019 remote abgehalten, wodurch auch einige Turniere wie der SPL nicht in der selben Form stattfinden konnten. Aber innerhalb der deutschen Community wurde schon damals ein “German Open Replacement Event” geplant, um zumindest trotz reiner remote Teams das Event unter Turnier Bedingungen stattfinden lassen zu können. 2022 war es dann soweit, dass vor dem offiziellen Start des RoboCup 2022 das GORE sich widerholt hat und im vollen Umfang vor Ort statt fand in der Handelskammer Hamburg. Remote Teams nahmen dennoch teil weil diese sogar von außerhalb von Deutschland kamen!

Arbeiten mit dem NAO

Arbeitsumgebung

Der kleine humanoide Roboter NAO ist unser Spieler auf dem Spielfeld und wir sind sein Trainer.
Bei uns wird er sowohl mit C++ als auch mit Python programmiert. Dabei wird Python bei der Bilderkennung, wie zur Erkennung des Balls und des Tors, verwendet und C++ für den ganzen Rest. Darunter fällt zum Beispiel seine Bewegung über den Fußball Rasen.

Voraussetzung hierfür ist die im Projekt bereits mitgelieferte IDE CodeLite oder vorzugsweise Visual Studio code. Als Betriebssysteme benutzten wir derzeit Ubuntu 18.04 LTS (empfohlen) und Windows 10 zum Einsatz.

Außerdem gibt es auch einen Simulator. Dann muss man nicht immer vor Ort sein um seinen Code zu testen. Der Simulator ‘SimRobot’ ist sogar vom amtierenden Weltmeister des RoboCup (B-Human – Uni Bremen und DFKI) entworfen. 

Beispiel Code

Wie gut müsst ihr programmieren können? Beantwortet es euch selbst.

Unten seht ihr ein Code Beispiel. Wenn ihr in der Lage seid, nachzuvollziehen was dort passiert, dann seid ihr bestens vorbereitet.

Sollte der NAO umfallen muss er laut Regelwerk selbst in der Lage sein wieder auf zu stehen. Der folgende Code erreicht das.

void FallEngine::safeFall(FallEngineOutput& output) const
{
  // set stiffness of each joint
  for(int i = 0; i < Joints::numOfJoints; i++)
    output.stiffnessData.stiffnesses[i] = 10;

  // falling backwards ? sit up.
  if(output.fallingBackwards)
  {
    MotionUtilities::sit(output);
  }

  // falling forward ? stand up.
  else if(output.fallingForward)
  {
    MotionUtilities::stand(output);
  }
}

Zuerst wird die Festigkeit alle Gelenke des Roboters festgelegt und anschließend das Bewegungsmuster zum Aufstehen zu starten. Dabei wird unterschieden, ob er nach vorne oder hinten umgefallen war. Als humanoider Roboter muss der NAO ebenso wie wir Menschen unterschiedliche Bewegungen ausführen um aufzustehen, je nachdem in welche Richtung er gefallen ist.

Der Nao wird im Simulator und “in Echt” mit dem gleichen Code gesteuert. Für die Programmierung verwenden wir C++, Python, TensorFlow (Keras), und “wenn->dann” Karten für die Steuerung des Verhaltens. Diese Karten sind sehr übersichtlich zu programmieren und steuern das Umschalten von bspw. Verteidigung auf Angriff, Passspiel und Torschuss.

Wir nennen es unsere “Map of Cards“.

Teilnahme des AK Smart Machines

Der Arbeitskreis Smart Machines der HS-KL hat in der Vergangenheit bereits am remote RoboCup 2019 und am GORE 2022 partizipiert. 

Durch die Teilnahme wollen wir allen Studenten für die KI begeistern und sie im selben Moment fördern. Das bietet ihnen die einzigartige Möglichkeit den kleinen NAO als Freund und Helfer kennen zu lernen und mit ihm zu arbeiten. Vielleicht ergibt sich sogar Kontakt zu einer KI orientierten Firma wie unserem Sponsor abat+. Zudem ist der RoboCup auch außerhalb Deutschlands sehr populär.

Also was brauchten wir für ein erfolgreiches Roboter Team?

5x NAO V6
Ein Fußballfeld als Testumgebung
Eine Arbeitsumgebung
Einen Simulator
Einen Monster PC mit 3 GPUs und 64 GB RAM
Insider Wissen von ehemaligen Weltmeistern
Einen Gitlab Server
Ein Team (je mehr Mitglieder, desto besser)
Trickos für NAO-Roboter

Ein Link zum Gitlab Server findet ihr hier. Der Zugang ist nur für das Team – wenn Du neugierig bist, laden wir dich gerne als Gast ein.

Wenn Du ganz neugierig bist, findest Du hier unser Wiki, indem unser derzeitiger Fortschritt und unsere Arbeitsweise beschrieben wird.

Wenn Du unser NAO in Aktion sehen möchtest, dann gehe auf diesem Link, um auf unsere Youtube Page zu kommen, wo wir unsere Aufnahmen aus der Schwankhalle sowie alle Veranstaltungen, an denen wir teilgenommen haben, hochladen.

Da wir selbst über die nötigen NAOs verfügen, ist man keineswegs auf den Simulator angewiesen. Es kann ebenso mit den realen NAOs gearbeitet werden. Diese sind im Labor des AK Smart Machines im O-Gebäude, und können jederzeit ausgeliehen werden.

Die Vorarbeit ist also bereits getan; das einzige was fehlt bist du!

Hast du Interesse? Dann melde dich einfach und mach mit. Es gibt keinen Zwang, keine Verpflichtungen, keine Bürokratie. Also wenn du mitmachen möchtest, dann meld’ dich einfach bei uns. Im nächsten Abschnitt findest du die aktuelle Liste aller Projekte; Deine Vorschläge für weitere Themen sind willkommen.