Ballerkennungstechniken im Roboterfußball. Bewertung und Vergleich (PDF)

Facharbeit (Schule) aus dem Jahr 2020 im Fachbereich Physik - Angewandte Physik, Note: 15 Punkte, , Sprache: Deutsch, Abstract: In dieser Arbeit werden die zwei gängigsten in den Soccer-Ligen des Robocup-Junior verwendeten Ballerkennungstechniken hardware- und softwaretechnisch analysiert, bewertet und miteinander verglichen.

In der "Soccer Open League" des Robocup-Juniors treten zwei Roboter gegen zwei Gegnerische an und verfolgen das Ziel, Tore zu schießen und dabei die weiße Seitenlinie nicht vollständig zu überfahren, da dies Zeitstrafen zufolge hat. Bis zum Jahr 2017 wird in dieser Liga - wie in allen anderen Soccer-Ligen auch - mit einem infrarotausstrahlenden Ball (Ball RCJ-05R, Fa. Elekit) gespielt.

Dieser ist unter den Teilnehmern aufgrund der Lichtausstrahlung auch als "aktiver Ball" bekannt. Vor der Saison des Jahres 2017 erfolgt eine Regeländerung des "SoccerTechnicalCommittee", das die internationalen Regeln dieser Liga festlegt. Diese Änderung besagt, dass als Spielball ein hohler, orangener Gummiball, der unter den Teilnehmern auch als "passiver Ball" bekannt ist, verwendet wird. Als Hauptgrund wird genannt, dass die Ballsuche nach einigen Jahren mit demselben Ball keine Herausforderung mehr für die Teams darstellt.

Durch diese Änderung wird das Niveau des Teilnehmerfelds durch die neuen Anforderungen angehoben. Für die Erkennung und Verfolgung des aktiven Infrarotballes sind Infrarotsensoren rund um den Roboter notwendig. Davon werden von den Teams zwischen acht und 64 in einem Ring um den Roboter herum einmontiert. Softwaretechnisch gibt ein solcher Werte in Form eines 8-Bit großen, pulsweiten-modulierten Signals (im weiteren Verlauf der Arbeit kurz: PWM) aus, wobei der Wert 255 die maximale Infraroteinstrahlung darstellt. Seit 2017 ist nun lediglich eine Kamera pro Roboter zugelassen. Neben der Aufgabe, diese zu programmieren, den Ball zu erkennen und dessen Position auszugeben, müssen die Teilnehmer auch eines von zahlreichen Modellen aussuchen und dieses in ihre Hardware mechanisch und elektronisch integrieren.

Auch ist zu bewerten, ob der Einbau eines Spiegels zur Rundumsicht als moderner Lösungsansatz sinnvoll ist. Dabei gilt zu beachten, welche Vor- und Nachteile ein solcher bietet, welche Herausforderungen zu bewältigen sind und welche Arten von Spiegeln infrage kommen. Schlussendlich wird ein Ausblick gegeben, in welche Richtung sich die Soccer Open League des Robocup-Juniors entwickelt und welche Ballerkennungstechnik sich dabei etabliert.