Reading time: 7 minutes
Author:
Een jaar geleden bleef het robotvoetbalteam van de TU Eindhoven tijdens zijn eerste Europese competitie steken in de eerste ronde. In april eindigde Tech United tijdens de 2007-editie echter op de derde plaats, het resultaat van een jaar hard sleutelen aan het ontwerp. Het dribbelmechanisme werd vervangen, schieten kan gedoseerd en de robots leerden met elkaar te praten. In juli volgt de echte lakmoestest op de wereldkampioenschappen in Atlanta.
In 2005 besloot de TU Eindhoven om mee te doen aan robotvoetbal. In mei van dat jaar sloeg het de handen ineen met de Delftse universiteit en Tech United was geboren. Vorig jaar speelde het team zijn eerste competities. In eerste instantie boekten de robots echter weinig succes. Op de Europese kampioenschappen kwamen ze niet verder dan de eerste ronde. Maar de robotbouwers hebben het afgelopen jaar niet stilgezeten. Op 2 juni gaf het team een demonstratie van de innovaties.
Anno 2007 is de mechanica aanzienlijk verbeterd en kunnen de robots beter met elkaar communiceren. Daardoor wisten ze in april bij de Europese kampioenschappen zes teams achter zich te laten en brons te pakken. ’Maar belangrijker nog is dat ze een goede wedstrijd hebben gespeeld tegen de eerste twee teams, want er zijn altijd wel teams die niet zo veel kunnen‘, zegt Jac Goorden. De TUE had hem in 2005 aangesteld om het Tech United-project op de rails te zetten. Officieel is Goorden er niet meer mee verbonden, maar hij toont zich nog altijd trouw fan. ’Sinds ik weg ben doen ze het veel beter‘, grapt hij.
Ook Delftse robotbouwers ontbreken vandaag de dag bij Tech United. ’Er was wel animo, maar mede door de afstand bleek de samenwerking toch lastig‘, verklaart Roel Merry, aio bij Werktuigbouwkunde aan de TUE. Eindhoven was altijd de uitvalsbasis van Tech United. De aio‘s en studenten die het team vormen, komen normaal elke dinsdagavond bijeen om aan de robots te sleutelen. ’Maar vlak voor de competities wordt het wel fulltime werk‘, zegt Merry. In juli komt het team uit op het WK in Atlanta. Tot die tijd moet er nog veel worden aangepast.
Zijlijn
Robotvoetbal heeft als doel om het onderzoek naar robotica en de aanverwante vakgebieden op een speelse manier verder te brengen. De robots moeten tijdens het potje volledig zonder menselijke aansturing kunnen spelen, met uitzondering van de aanwijzingen door de scheidsrechter. Openheid is een vereiste. Alle broncode moet sowieso worden vrijgegeven en tijdens toernooien brainstormen teams met elkaar over verbeteringen.
Robotvoetballers zijn er in alle soorten en maten. De humanoids-league tracht bijvoorbeeld tweebenige, mensachtige voetballers te maken. De robotbouwers zijn hier vooral bezig met de mechanische aspecten. Apparaten die op een mensachtige manier kunnen lopen, zijn nog een zeldzaamheid en het is vooral veel vallen en opstaan bij de humanoids. In de simulatieleague gaat het daarentegen juist om de strategie. Het spel speelt hier volledig virtueel af en de programmeurs hoeven zich geen zorgen te maken om de mechanica. Andere leagues zitten hier in meer of mindere mate tussenin. De Aibo-teams moeten hun hardwareplatform zo intelligent mogelijk programmeren maar mogen het niet wijzigen. Bij de small-size-league hebben de robotjes zelf nagenoeg geen intelligentie en bepaalt een computer vanaf de zijlijn hun acties.
Bij de mid-size-league, waarin Tech United speelt, moeten de robots wel zelf autonoom beslissen en daadwerkelijke acties uitvoeren. De teamleden ontwerpen en bouwen de robots zelf. In tegenstelling tot de humanoids hebben ze wielen, waardoor voortbeweging relatief eenvoudig is en de robotbouwers zich kunnen concentreren op de andere problemen die voetballende robots moeten overwinnen, zoals positiebepaling, beeldverwerking, samenwerken en balbeheersing.
De meeste mid-size robots hebben een vergelijkbaar ontwerp: een wendbaar platform op omniwielen, een schopmechanisme, een systeem om mee te kunnen dribbelen en een camera gericht op een bolle spiegel bovenop om de omgeving waar te nemen. Het interpreteren van het speelveld gaat vaak via kleuren. De bal is oranje, het veld groen, de lijnen zijn wit en de robots zwart. In de praktijk blijkt dit nog erg lastig. Door wisselende lichtomstandigheden moet het visiesysteem overweg kunnen met meerdere kleurschakeringen en daardoor wil de robot een rode trui langs de zijlijn nog wel eens aanzien voor de bal. Ook tijdens de demonstratie werkt een bus Pringles in het publiek als rode lap op de robot. Maar het detecteren van de lijnen op het veld gaat heel aardig door een nieuwe strategie waarbij de robot alleen kijkt naar de overgang tussen licht en donker.
Mid-size crisis
De robots worden steeds geavanceerder en daarom slijpt de organisatie steeds de spelregels bij. Bij de oprichting stelde de Robocup-organisatie het ambitieuze doel om in 2050 partij te kunnen geven aan de regerend wereldkampioen van vlees en bloed. Afgelopen jaar is de grootte van het speelveld meer dan verdubbeld, van 8 bij 12 meter naar 12 bij 18 meter. Daardoor kunnen de machines niet meer het hele speelveld overzien. Volgend jaar moeten de doelkleuren waarmee de robots zich oriënteren eraan geloven. Nu zijn de twee doelen respectievelijk geel en blauw, maar volgend jaar krijgen ze een net. ’We hebben de robots al van een kompas voorzien‘, zegt Merry. ’Hierdoor kunnen we de robots vertellen in welke windrichting het eigen doel is en hebben we de kleuren in de goals niet meer nodig.‘
Door de toenemende afmetingen van het veld wordt het steeds belangrijker dat de robots met elkaar kunnen communiceren. Ze kunnen namelijk niet meer het hele veld overzien. WLan is hierbij de voor de hand liggende keuze. In de praktijk heeft de communicatie tijdens wedstrijden echter zwaar te lijden onder interferentie van alle robots die met elkaar proberen te praten. Tech United ondervangt dat door geen constante verbinding te houden en alleen signalen te zenden wanneer dat nodig is. En dat begint zijn vruchten af te werpen. Robots die de bal uit het zicht hadden verloren, probeerden de bal voorheen te vinden door een rondje te draaien of een stukje over de middellijn te rijden. Nu kunnen ze elkaar doorgeven waar de bal is. In een demonstratie rijdt de robot netjes om de kliko heen waar de bal achter ligt. Toch wierp de draadloze communicatie het team aan het begin van het EK in een crisis. De drivers van de WLan-kaarten bleken een geheugenlek te bevatten, wat pas aan het licht kwam in de verbinding met de daar aanwezige router. Gevolg: de robots bleven stokstijf op hun plek en de robotbouwers konden hun nachtrust inleveren om het probleem op te lossen.
In de komende maand wil het team ook het overspelen onder de knie krijgen. Dat is een klein graaltje binnen de mid-size-league en leunt zwaar op onderlinge communicatie.
Ook willen de robotbouwers nog vóór Atlanta het elektronisch kompas aan de praat hebben. Dat moet het verlies aan overzicht en kleuren compenseren. Daarbij is geen hoge nauwkeurigheid nodig, het gaat er alleen om dat de robots weten naar welke kant van het veld ze kijken. Voor de rest van de oriëntatie gebruiken ze de lijnen op het veld. Toch gaat het inbouwen van het kompas niet zonder slag of stoot. De ontwerpers wilden het zo hoog mogelijk in de robots hebben, zodat het geen last heeft van eventuele leidingen in de vloer. Maar de bolle spiegels bleken ook magnetisch te zijn, zodat ze die eerst moesten demagnetiseren. Een puntje op de lijst voor Atlanta.
Voetje
Twee van de belangrijkste vooruitgangen zijn van mechanische aard: het schop- en het dribbelmechanisme. De meeste robots in deze league trappen de bal via een pneumatische of elektromechanische kicker. Meestal kent deze maar twee standen, namelijk wel of niet schieten. Tech United maakt nu deel uit van het selecte clubje dat de kracht van het schot weet te doseren. Het team bouwde een elektromechanische schopper die met twintig verschillende sterktes kan vuren. Nog aparter is dat ze de bal zowel recht vooruit als in een boogje kunnen schieten. Dat gaat via een verrassend eenvoudig mechanisme. Voor de staaf van het schopmechanisme hangt een scharnierend voetje. Die schopt de bal in een boogje. Maar de robot kan het middendeel van dit voetje ook een stukje optrekken, waardoor het er los doorheen schopt en de bal recht vooruit vliegt.
Het succes van een schot hangt ook af van hoe goed de robot de bal kan positioneren. Volgens de spelregels moet de bal altijd op een natuurlijke manier rollen als een speler er mee aan de haal gaat. Tech United deed dit in het begin met twee parallelle rubberen bandjes die tegen de rijrichting in draaiden. De bal plakte hier als het ware tegenaan. Het huidige systeem kan de krachten beter reguleren met twee afzonderlijke wieltjes die de robot harder of zachter tegen de bal kan aandrukken. Daardoor kunnen ze de bal ook meevoeren als ze achteruitrijden.
De grote finale van de demonstratie is als de zes robots van Tech United een potje tegen elkaar mogen voetballen. Het is de eerste keer dat ze het proberen, dus waarschijnlijk zal het niet vlekkeloos werken, waarschuwt de organisatie. Dat is inderdaad het geval. Door de vele demo‘s die de apparaten al hebben gegeven, doet robot zes niks meer, en na een paar minuten vallen er nog twee andere uit. Die worden snel opgelapt, maar het blijkt toch te veel gevraagd voor alle robots om te blijven spelen. Uiteindelijk moet een robot tegen een team van twee tegenstanders spelen, waarbij hij verrassend wint met 4-2.
Helemaal vlekkeloos verloopt het spel niet. De machines proberen vaak te schieten terwijl ze geen bal hebben en de scheidsrechter kan zijn springkunsten vertonen als een robot dwars door hem heen probeert te rijden. Toch oogt het spel een stuk natuurlijker dan een jaar geleden. Of dat ook resulteert in doelpunten zal blijken in Atlanta.
