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Development and Validation of a Mobile Autonomous Omnidirectional Soccer Robot

Immel, Rainer :
Development and Validation of a Mobile Autonomous Omnidirectional Soccer Robot.
[Online-Edition]
TU Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2006)

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Dissertation_RainerImmel_1971-08-15.pdf
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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Development and Validation of a Mobile Autonomous Omnidirectional Soccer Robot
Language: English
Abstract:

An autonomous mobile robot is developed and experimentally validated. The robot is designed according to the regulations of the RoboCup Middle Size League 1999. Two basic skills are identified as underdeveloped in the robots participating in the 1999 RoboCup competition: Vision and agility. The goal of this research project is to develop a robot equipped with these two skills. All aspects of the robot being a mechatronic system are covered, including an omnidirectional propulsion system, an omnidirectional vision system, and a simple ball handling mechanism for dribbling a soccer ball. Video cameras are used as sensors, and a video image recognition algorithm is developed that computes both robot and ball position. A robust trajectory planning algorithm based on a global coordinate system is developed. It computes a robot trajectory surrounding a set of control points in given orientations, accounting for the interaction between robot and ball. A controller closes the feedback loop from sensors to actuators keeping the robot on its predetermined course. An experimental validation examines sensor accuracy, performance of actuators and controllers, and the overall skill to dribble a ball along a given trajectory. The vision system computes both robot and ball position 25 times per second. The average error of the robot position is below 10 mm, the average error of the ball position is below 5 percent of the ball's distance from the robot. All driving tests are carried out using a benchmark slalom course. The actuators behave as expected according to their specifications, they allow dynamic driving with longitudinal and lateral accelerations of up to 4 m/s². In that extreme case, the controllers manage the robot to stay on its course with maximum total and lateral deviations below 0.25 m and 0.1 m, respectively. A stable ball dribbling is possible at a maximum velocity and lateral acceleration of 1.5 m/s and 2.5 m/s², respectively.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Ein autonomer mobiler Roboter wird entwickelt und experimentell validiert. Der Roboter ist gemäß den Regeln für die RoboCup Middle Size League 1999 ausgelegt. Es wird festgestellt, dass bei den teilnehmenden Robotern in diesem Jahr zwei grundlegende Fähigkeiten unterentwickelt waren: Sensorik und Wendigkeit. Ziel der vorliegenden Forschungsarbeit ist die Entwicklung eines Roboters, der mit diesen beiden Fähigkeiten ausgestattet ist. Alle Aspekte des Roboters als mechatronisches System werden berücksichtigt, insbesondere ein omnidirektionales Antriebsystem, eine omnidirektionale Sensorik, sowie ein einfacher Mechanismus zum sicheren Führen eines Fußballs. Videokameras werden als Sensoren eingesetzt und es wird ein Algorithmus zur Bilderkennung entwickelt, der die Positionen von Roboter und Ball berechnet. Ein robuster Algorithmus zum Planen von Bahnkurven wird ebenfalls entwickelt; er basiert auf einem globalen Koordinatensystem. Er berechnet die Bahnkurve für den Roboter so, dass sie in vorgegebenen Orientierungen um definierte Kontrollpunkte führt; dabei wird die Interaktion zwischen Roboter und Ball berücksichtigt. Ein Regler schließt den Kreis zwischen den Sensoren und den Aktoren und hält somit den Roboter auf dem vorbestimmten Kurs. Zur experimentellen Validierung werden die Genauigkeit der Sensoren, das Verhalten der Aktoren und der Regler, sowie die Fähigkeit untersucht, einen Ball entlang einer vorgeschriebenen Bahnkurve zu dribbeln. Die Sensorik berechnet die Positionen von Roboter und Ball 25 Mal pro Sekunde. Dabei ist der mittlere Fehler der Roboterposition kleiner als 10 mm, der Fehler der Ballposition ist kleiner als 5 Prozent der Entfernung des Balls vom Roboter. Ein Slalomkurs wird als Bahnkurve für alle Tests verwendet, bei denen der Roboter sich bewegt. Die Aktoren erlauben ein dynamisches Fahren mit Beschleunigungen von 4 m/s² in longitudinaler und lateraler Richtung. Bei diesen extremen Beschleunigungen beträgt die maximale Kursabweichung des Roboters weniger als 0.25 m insgesamt und weniger als 0.1 m in lateraler Richtung. Ein sicheres Balldribbeln ist möglich bei einer maximalen Geschwindigkeit von 1.5 m/s, dabei treten laterale Beschleunigungen von 2.5 m/s² auf.German
Uncontrolled Keywords: RoboCup, autonom, mobil, omnidirektional, Fussball
Alternative keywords:
Alternative keywordsLanguage
RoboCup, autonom, mobil, omnidirektional, FussballGerman
mechatronic, RoboCup, autonomous, mobile, omnidirectional, soccer, trajectory, video, camera, digital, image, processing, experimentEnglish
Classification DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Divisions: Fachbereich Maschinenbau
Date Deposited: 17 Oct 2008 09:22
Last Modified: 07 Dec 2012 11:51
Official URL: http://elib.tu-darmstadt.de/diss/000693
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-6935
License: Simple publication rights for ULB
Referees: Nordmann, Prof. Dr.- Rainer and Birkhofer, Prof. Dr.- Herbert
Advisors: Nordmann, Prof. Dr.- Rainer and Birkhofer, Prof. Dr.- Herbert
Refereed: 15 February 2006
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/693
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