PRE2015 2 Groep2

De term autonomie is afgeleid van het Grieks αυτονομία (autonomía, autos (zelf) + nomos (wet), autonomos (eigen wetten opleggend)) en beschrijft het vrij zijn van extern bestuur.
Het concept van autonomie wordt toegepast in het projectvak van de USE leerlijn 'Robots everywhere' (0LAUK0).
Het team, 5 personen sterk, zal gedurende 8 weken werken om (robot)technologie te koppelen aan USE aspecten

Doel

Het doel van het project is om een autonoom scheidsrechterssysteem te maken voor robotvoetbal. Het systeem bestaat uit een externe camera met zicht van bovenaf en een robotscheidsrechter.
Deze rol van scheidsrechter zal ingevuld worden in de vorm van een drone boven het veld. Verder levert de camera een netwerksysteem op met informatie vanuit verschillende hoeken, om de scheids een eerlijke beslissing te laten maken. Met alle eisen gedefinieerd is het mogelijk om ons doel verder te concretiseren. Hierbij gaat het om wat we als groep na 8 weken willen leveren.

Wij leveren aan het eind van dit project een systeem op met één statische camera boven het veld en een drone.

De camera heeft meerdere functies in dit systeem:
- De positie van de bal naar de drone sturen
- Detecteren of de bal zich binnen of buiten het veld bevindt
- Overtredigen detecteren

Ook de drone heeft een aantal functies die uitgevoerd moeten kunnen worden:
- De bal volgen
- Een vaste afstand tussen de bal en de drone hanteren
- Roteren om de bal om een optimalere invalshoek te creëren

In hoeverre deze functies al bereikt zijn en welke stappen hiertoe zijn genomen is terug te zien in het Weekoverzicht.

Planning

Het doel van het vak USE-project in de USE robots leerlijn is om een project te doen aan de hand de voorgaande vakken met robots als centraal punt. Na een brainstormsessie is als doel gekozen om een robotscheidsrechter te maken. Deze zou voor meerdere sporten gebruikt kunnen worden, maar om de haalbaarheid van het project te vergroten is robotvoetbal als centrale sport gekozen om de scheidsrechter te maken. Er zijn eisen voor het systeem opgesteld en hiermee is een "Project Planning" gemaakt met de bijbehorende milestones en deliverables, te zien in het figuur hier onder.

USE aspecten

Bij een goed ontwerp wordt er rekening gehouden met de bijbehorende USE-aspecten. Een belangrijk onderdeel hiervan is in dit geval de communicatie van de robotscheidsrechter met de spelers en het publiek. Om uit te vinden welke vorm van communicatie gewenst is, is er een enquête opgesteld. In deze enquête zijn vier vragen gesteld, waaruit duidelijk wordt wat de betrekking is van de deelnemer tot het voetbal, en wat voor communicatie deze deelnemer zou prefereren.

Ook is er een Interview afgenomen bij iemand waarvan de betrekking tot de toepassing van de robotscheidsrechter extreem groot is, namelijk de teamleider van Tech United, Lotte de Koning. In dit interview wordt er naar verschillende aspecten gevraagd, zoals communicatie en regelgeving.

Het systeem

Voor het ontwerp van het systeem zijn bepaalde eisen gesteld aan de hand van USE-aspecten. In het systeem moet de drone de bal kunnen volgen. De drone heeft een camera aan de voorzijde waarmee beelden naar een computer worden gestuurd. Ook wordt er sensorinformatie naar de computer gestuurd. Er wordt een beeld van de bal en veld gemaakt en aan de hand van een assenstelsel op de video kan een positie van de bal worden bepaald. Dit wordt gedaan met behulp van videotracking-technologie. De postitie van de bal kan nauwkeurig worden bepaald met het midden van het beeld als referentiepunt. Om de drone autonoom te laten vliegen aan de hand van de positie van de bal wordt er via matlab een stuk 'control' voor de drone geregeld. De drone zal proberen de bal te volgen door de afstand tussen de positie van de bal en het referentiepunt zo klein mogelijk te houden. Verder zit in het 'tracking' gedeelte ook de mogelijkheid om de robots te detecteren en bij het juiste team in te delen. Dit wordt gedaan met behulp van een topcam boven het veld en dit is van belang voor de botsingsdetectie. Ook is het van belang voor de regels van het spel dat er wordt gedetecteerd wanneer een bal uit het veld gaat. Dit wordt gedaan met uitbal detectie.

Er is ook een vaste camera (topcam) die op een vaste plaats boven het veld hangt. Deze camera houdt overzicht op het veld. Goals, ballen die uit het veld gaan en overtredingen die de drone niet kan zien worden hier waargenomen. Ook in de situatie waar de drone de bal niet meer kan zien omdat deze met een te hoge snelheid uit het camerazicht is gegaan, zal deze camera de positie van de drone zelf en de positie van de bal doorgeven aan de drone. Deze communicatie gebeurt via een centrale computer met de besturing van MATLAB.

Actuatoren

Bij bepaalde situaties zoals overtredingen, goals en de bal die uit het veld gaat moet de drone het spel stil leggen en communiceren met de spelers over het besluit. Deze communicatie kan op verschillende manieren worden uitgevoerd, zoals licht, geluid, bewegingen of andere acties. Om een besluit te maken over welk van deze acties door het publiek en spelers wordt geaccepteerd is een enquête opgesteld.

Eindresultaat

Er zijn uiteindelijk 3 belangrijke onderdelen afgerond die samen het gehele scheidsrechter-systeem vormen.
Dit bestaat uit lijn- en goal-detectie, bewegen van de drone met behulp van de topcam en oriëntatie van de drone door middel van een webcam.
Alle onderdelen zijn gedemonstreerd en later ook gefilmd, waarvan de resultaten terug te vinden zijn via de volgende link:
[1]

Links naar MATLAB code

• Uitbaldetectie code: MatLabscript uitbaldetectie
• Videotracking code: MATLAB Videotracking code
• Drone besturing code: Matlabscript DroneCamera en Matlabscript TopCamera
  

Overzicht per Week

Zie Weekoverzicht.