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Die Ligen des RoboCups im Überblick

Wissen | Hintergrund

Viele verbinden mit dem RoboCup fußballspielende Roboter. Dabei beinhaltet der RoboCup unterschiedlichste Disziplinen und Ligen – beispielsweise solche für fleißige Buttler und nimmermüde Lastenesel.

Seit 1997 finden alljährlich die Weltmeisterschaften fußballspielender Roboter statt. Der RoboCup ist aber weitaus mehr als nur Fußball. In vielen anderen Ligen treten Roboter in verschiedensten Disziplinen gegeneinander an. So schicken die Teams auch ihre Rettungs-Roboter, Transport-Roboter oder Roboter als Alltagsassistenten in den Wettbewerb.

In unserer RoboCup-Serie stellen wir die unterschiedlichen Ligen vor.

Den amtierenden menschlichen Fußballweltmeister besiegen – das ist das große Ziel der Humanoid League des RoboCups. [1] Spätestens 2050 sollen die Roboter auf einem echten Fußballfeld die Profis schlagen. Damit sich Mensch und Roboter auf Augenhöhe begegnen können, sind ähnliche physische Voraussetzungen notwendig. Deshalb arbeitet diese Liga besonders an der Fortbewegungsform im Fußball. Denn was für den Menschen intuitiv abläuft, ist für den Roboter Schwerstarbeit: Beim Stehen, Laufen und Schießen das Gleichgewicht zu halten erfordert komplexe und innovative Algorithmen. Erkennen, wo sich der Ball, die Tore und die Gegenspieler auf dem Feld befinden, ist ebenfalls eine technische Herausforderung für die Teams aus Informatikern, Maschinenbauern, Ingenieuren und Elektrotechnikern. Natürlich soll das Spiel Mensch gegen Maschine eines Tages auch fair ablaufen. Deshalb passen die Tüftler die Spielregeln jedes Jahr stärker an die der FIFA an.

Die Besonderheit der Standard Platform League [2] ist, dass alle teilnehmenden Teams dieselbe Roboter-Plattform nutzen müssen. Deshalb gilt: Wer am Ende das Tor schießt, darüber entscheiden die besten Algorithmen. Einen Roboter autonom Fußball spielen zu lassen ist eine komplexe Aufgabe, die das Zusammenspiel von Hunderten Algorithmen erfordert. Seit 2008 arbeiten die Tüftler mit dem NAO von Softbank Robotics (ehemals Aldebaran Robotics), einem autonomen, humanoiden Roboter. Um das Geschehen in der Umgebung verfolgen zu können und Störungen während der Ausführung dynamischer Bewegungen kompensieren zu können, ist eine schnelle und präzise Verarbeitung von Sensordaten notwendig.

In den Simulationsligen [3] kicken keine realen, sondern simulierte Roboter. Bei der 2D-Simulation werden die Kommandos aller Spieler an einen Simulationsserver geschickt: Eine Software, die diese Kommandos ausführt und den Spielern 50 mal pro Sekunde ihre persönliche, leicht verrauschte Wahrnehmung des Spiels schickt. Bei der 3D-Simulation werden dagegen die einzelnen Körperteile humanoider NAO-Roboter simuliert und durch Motoren mit begrenzter Kraft gesteuert. Wie beim echten NAO-Roboter muss die Steuersoftware jedem Motor 50 mal pro Sekunde mitteilen, wie er sich bewegen soll. Aus der Choreographie aller 22 Gelenke entstehen Bewegungsabläufe wie Laufen, Schießen oder Aufstehen. In beiden Simulationsligen spielen anders als in anderen Ligen elf gegen elf Spieler. So steht das Mannschaftsspiel hier im Fokus.

Rettungs-Roboter sollen mit Sensoren Personen finden und so die Gefahren für Einsatzkräfte bei der Suche nach Verletzen und Verschütteten minimieren. Beim RoboCup Rescue [4]wird ein derartiges Szenario nach einem Erdbeben nachgestellt. Das National Institute of Standards and Technology (NIST) entwickelt Testmethoden, um die Fähigkeiten der einzelnen Roboter und Teams zu vergleichen. Eine Jury bestehend aus Mitgliedern von NIST sowie Robotik-Experten bewertet die Teams mit ihren Robotern hinsichtlich mehrerer Kriterien: Oberste Priorität hat das Finden verletzter Personen, die sich nicht selbst helfen können – im Parcours dargestellt durch Babypuppen. Der Bediener steuert den Roboter in einer abgetrennten Kabine ohne Sichtkontakt, muss also den Parcours allein mit den Sensordaten des Roboters bewältigen.

Tischabräumen, Staubsaugen, Abspülen oder Wäschewaschen – die Teams der @Home-Liga im Robocup [5] finden hierfür intelligente Lösungen und stellen sich seit 2006 dem anspruchsvollen Wettkampf. Jedes Jahr gibt es ein neues Spielfeld und veränderte Aufgaben. Erst zwei Tage vor Wettkampfbeginn erfahren die Teams die endgültigen Rahmenbedingungen und die zentralen Gegenstände. So sollen sie unter Beweis stellen, dass ihr Roboter in Umgebungen mit wechselnden Anforderungen selbstständig beliebige Probleme lösen kann. Anders als bei den Soccer Ligen ist das Spielfeld eine kleine Wohnung mit mehreren Räumen und Einrichtungsgegenständen.

Bei der RoboCup@Work-Liga [6] geht es um eine autonome Ausführung von Transportaufgaben durch einen Roboter. Innerhalb einer abstrakten Industrieanlage mit einer Größe von 10 m x 6 m gilt es, Objekte zu transportieren. Der Wettkampf läuft über drei Tage in acht Runden mit ansteigendem Schwierigkeitsgrad. Jede Runde beginnt damit, dass der Roboter ein Aufgabenset von einem Referee-Rechner übermittelt bekommt. Ab diesem Zeitpunkt ist für die Teams jeder Zugriff auf den Roboter untersagt. Am Ende gewinnt das Team die Runde, das die meisten Objekte innerhalb der spezifischen Dauer einer Runde (5 bis 10 Minuten) ausliefern konnte.

In der Industrial Logistic Liga [7] muss eine Gruppe von mobilen Robotern einen Produktionsfluss aufrecht erhalten und optimieren. Anhand eines flexiblen und dynamischen Produktionsplans, der von außen vorgegeben wird, müssen die Roboter bestellte Produkte in einem vorgegebenen Zeitfenster ausliefern. Alle Roboter arbeiten dabei voll autonom auf einem Feld mit Produktionsstationen, sämtliche Entscheidungen müssen also in Echtzeit und von den Robotern selbst gefällt und umgesetzt werden.

Auch die Ingenieure von morgen kommen auf ihre Kosten – der RoboCup Junior [8] ist ein projektorientiertes Bildungsprogramm für Schülerinnen und Schüler bis zum Alter von 19 Jahren. Im Fokus steht, Kinder und Jugendliche für Technik zu begeistern und ihnen die Möglichkeit zu bieten, ihr Wissen zu vertiefen. Es gibt zwei wesentlichen Unterschiede zu den Wettbewerben der Großen – kleinere Spielfelder und preiswertere Hardware. Die Schülerinnen und Schüler können ihre Roboter in drei Disziplinen schicken: Fußball spielen, Rettungsmissionen absolvieren oder eine Bühnenshow entwickeln.

Die Artikel der RoboCup-Serie im Überblick:

(uk [17])


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[1] https://www.heise.de/ct/artikel/Meisterschaft-der-Maschinen-Die-RoboCup-Humanoid-League-3726455.html
[2] https://www.heise.de/ct/artikel/Roboter-Fussball-Zum-Tor-mit-den-richtigen-Algorithmen-3754932.html
[3] https://www.heise.de/ct/artikel/Meisterschaft-der-Maschinen-Die-Simulationsligen-im-RoboCup-3704158.html
[4] https://www.heise.de/ct/artikel/Meisterschaft-der-Maschinen-RoboCup-Rescue-sucht-Robohelden-3713212.html
[5] https://www.heise.de/ct/artikel/Die-alltaeglichen-Probleme-eines-Roboter-Butlers-3738415.html
[6] https://www.heise.de/ct/artikel/Meisterschaft-der-Maschinen-RoboCup-Work-3746064.html
[7] https://www.heise.de/ct/artikel/Meisterschaft-der-Maschinen-Die-Industrial-Logistic-Liga-3732034.html
[8] https://www.heise.de/ct/artikel/Meisterschaft-der-Maschinen-RoboCup-Junior-fuer-Ingenieure-von-morgen-3718720.html
[9] https://www.heise.de/ct/artikel/Meisterschaft-der-Maschinen-Die-RoboCup-Humanoid-League-3726455.html
[10] https://www.heise.de/ct/artikel/Roboter-Fussball-Zum-Tor-mit-den-richtigen-Algorithmen-3754932.html
[11] https://www.heise.de/ct/artikel/Meisterschaft-der-Maschinen-Die-Simulationsligen-im-RoboCup-3704158.html
[12] https://www.heise.de/ct/artikel/Meisterschaft-der-Maschinen-RoboCup-Rescue-sucht-Robohelden-3713212.html
[13] https://www.heise.de/ct/artikel/Die-alltaeglichen-Probleme-eines-Roboter-Butlers-3738415.html
[14] https://www.heise.de/ct/artikel/Meisterschaft-der-Maschinen-RoboCup-Work-3746064.html
[15] https://www.heise.de/ct/artikel/Meisterschaft-der-Maschinen-Die-Industrial-Logistic-Liga-3732034.html
[16] https://www.heise.de/ct/artikel/Meisterschaft-der-Maschinen-RoboCup-Junior-fuer-Ingenieure-von-morgen-3718720.html
[17] mailto:uk@ct.de