AVT Pike macht Kickroboter fast unschlagbar

Automatisierter Tischkicker der Fachhochschule Köln


Die 1971 gegründete Fachhochschule Köln ist aus dem Zusammenschluss renommierter Vorgängereinrichtungen entstanden. Hierzu zählen u. a. die Kölner Werkschulen, die Staatlichen Ingenieurschulen für Maschinenwesen und für Bauwesen, die Höhere Wirtschaftsfachschule Köln, die Deutsche Versicherungs-Akademie sowie die Staatliche Höhere Fachschule für Photographie und die Höhere Fachschule für Sozialarbeit. Hinzu kamen die Abteilung Gummersbach und die ehemalige Fachhochschule für Bibliotheks- und Dokumentationswesen sowie völlig neue Bereiche wie Restaurierung und Konservierung, Design und das Institut für Tropentechnologie.

Markenzeichen der Fachhochschule Köln sind anwendungsorientierte und fakultätsübergreifende Lehre, Forschung und Entwicklung, dynamische Weiterentwicklung der Studienangebote, integrierte Praxissemester und kurze Studiendauer. Durch die enge Verbindung von Wissenschaft und Praxis fließen aktuelle Entwicklungen unmittelbar in die Arbeit der Hochschule ein.


Das Projekt: ein automatischer Kickroboter
Spaß und Wissenschaft kann man sehr wohl vereinbaren. Dies bewiesen Diplomanden der Fachhochschule Köln mit ihrem Projekt, einen Tischkicker zu automatisieren und somit die Leistungsfähigkeit moderner, frei programmierbarer Schaltkreise – sogenannte FPGAs (Field Programmable Gate Arrays) – zu demonstrieren. Unter der Leitung von Prof. Dr. Jens Onno Krah, Leiter des Laboratoriums für Motion Control und digitale Signalverarbeitung an der FH Köln, entstand ein Tischkicker, bei dem Menschen gegen einen Automaten spielen können. Auge des Roboters ist eine Pike Digitalkamera von Allied Vision Technologies.

Und so funktioniert der Kickroboter: Das Spielfeld wird von einer AVT Digitalkamera überwacht. Diese befindet sich unter dem Kickertisch, wobei die grüne Spielfläche durch transparentes, schlagfestes Sicherheitsmilchglas ersetzt wurde. Dank einer speziell abgestimmten Beleuchtung erkennt die Kamera den Schatten des Kickerballs von unten. Die Bilder werden im „Gehirn“ des Roboters – einem Computer – von Algorithmen ausgewertet, die die Position und Geschwindigkeit des Kickerballs berechnen und entsprechende Befehle an die vier „Arme“ des Automaten übertragen. Diese bestehen aus Servomotoren, die an den vier Achsen an einer Seite des Kickers gekoppelt sind und die Spielfiguren bedienen: für jede Achse positioniert ein Motor die Spieler, während ein anderer zum drehen der Figuren, also zum Kicken genutzt wird.

Die Anforderungen

Entscheidend für den Spielablauf ist die Reaktionsgeschwindigkeit des Automaten. Diese hängt maßgeblich von der Schnelligkeit der Kamera ab, wie die Erfahrung des Entwicklungsteams zeigte: „Der erste Prototyp des Kickroboters war mit einer Analogkamera und einer vergleichsweise langsamen Bildverarbeitung mit nur 20 Bildern pro Sekunde ausgestattet“, erklärt Prof. Dr. Krah. „Da war es durchaus möglich, gegen den Roboter zu gewinnen“.

Mit AVT-Kamera Pike: Kaum noch vom Menschen zu schlagen
Inzwischen wurde die Analogkamera durch eine Pike F-032 Hochgeschwindigkeitskamera von Allied Vision Technologies ersetzt. Über ihre digitale FireWire-Schnittstelle IEEE 1394b werden bis zu 120 Bilder pro Sekunden in VGA-Auflösung (0,3 Megapixel) erfasst und analysiert. Darüber hinaus optimierte der Einsatz der AVT FirePackage Software die Geschwindigkeit der Bildverarbeitung.

Diese sechsfach schnellere Version des Kickroboters wurde auf der Fachmesse Embedded World im Februar 2007 vorgestellt und von Besuchern ausführlich getestet. Das Ergebnis: Mit Pike haben nur noch geübte Kicker eine Chance, gegen den Roboter zu gewinnen. „Der Automat gewann über 90% der Spiele und konnte selbst gegen die besten zwei Kicker-Spieler noch fünf Tore schießen“, so Prof. Dr. Krah. „Keiner hätte dem Roboter so schnelle und harte Schüsse zugetraut“.