Foosbar: Autonomer Tischfußball-Roboter schießt nahezu unhaltbar
Kann ein Roboter einen Menschen beim Tischfußball schlagen? Ein junger Entwickler hat einen solchen Roboter entwickelt und es ausprobiert.
Der Foosbar-Roboter spielt autonom Tischfußball gegen einen Menschen.
(Bild: From Scratch (Screenshot))
Der jugendliche Entwickler Xander Naumenko hat einen Tischfußball-Roboter mit dem Namen Foosbar gebaut, der schneller passen, schneller blocken und schneller schießen kann als ein kickernder Mensch. Naumenko setzt dabei im Kern auf Computer Vision mit Infrarot-Kameras, um einem speziell präparierten Ball besser folgen zu können.
Mehr als 500 Bastelstunden sind in das Projekt geflossen. Naumenkos Ziel war es dabei, einen Tischfußball-Roboter zu bauen, der möglichst exakt und feinfühlig mit dem Ball umgehen kann, um den menschlichen Spieler besser ausspielen zu können. Dem Entwickler ging es dabei nicht in erster Linie um Geschwindigkeit beim Passen, Blockieren und Schießen. Die ergab sich mehr oder weniger ganz von allein.
Naumenko baute den Krökel-Tisch auf einen Tornado-Kicker T-3000 auf. Er bietet die nötige hohe Genauigkeit der Spielfiguren und des Spielfeldes. Die eine Spielerseite automatisierte er mit einem jeweils zweimotorigen System, das die Torwart-, Verteidiger-, Mittelfeld- und Stürmerstange sowohl horizontal bewegen als auch rotieren kann. Beides funktioniert unabhängig voneinander und zugleich. Dabei verwendete Naumenko zwei Tecnic Clearpath Schrittmotoren: für die Rotation den Typ 2331P-RLNA und für die Bewegung der Stange ein 2310S-RLNA. Der Vorteil dieser Motoren ist, dass sie reaktionsschnell und kraftvoll sind und sich relativ einfach ansteuern lassen. Die Stangenbewegung erfolgt mittels eines Antriebsriemens, der einen Schlitten bewegt, auf dem der Motor für die Stangenrotation montiert ist.
Die Ansteuerung der Motoren gelingt über einen herkömmlichen Desktop-PC über USB-Controllerboards. Die Motoren erhalten ihre Bewegungsbefehle über eine API. Das lässt eine genaue und schnelle Positionierung der Stange und damit der Spielfiguren zu.
Ballverfolgung per Computer Vision
Um den Ball jederzeit verfolgen zu können, setzt Naurenko auf ein Array von Infrarot-Kameras, die den Ball aus unterschiedlichen Blickwinkeln beobachten können. Zuvor probierte der Entwickler es mit einer einzelnen Kamera von oben und durch ein durchsichtiges Spielfeld von unten. Beide Methoden entpuppten sich aber als unzuverlässig, da der Ball nicht jederzeit getrackt werden konnte. Zur besseren Verfolgung wurde der Ball deshalb mit einer speziell reflektierenden Farbe präpariert. Solange mindestens zwei Infrarot-Kameras den Ball im Blick haben, kann die genaue Position des Balls auf dem Spielfeld bestimmt werden.
Um den Ball in jeder Spielsituation anspielen zu können, muss dem Tischfußball-Roboter erst mal eine gewisse Spieltaktik beigebracht werden. Dazu muss der Roboter je nach Lage des Balls wissen, ob er angreifen oder verteidigen soll. Im Angriffsmodus muss er etwa zwischen den einzelnen Stangen hin- und herpassen können. Die Stürmerstange dient dann hauptsächlich dazu, einen Torschuss hinzulegen. Der Fokus im Angriffsmodus liegt darauf, eine möglichst genaue Positionierung der Spielfiguren hinzubekommen, weniger auf Geschwindigkeit.
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Anders sieht es jedoch bei der Verteidigung aus. Zwar müssen auch hier die Spielfiguren an exakte Positionen gebracht werden, um Schüsse des Angreifers blocken zu können, jedoch spielt hierbei eine hohe Reaktionsgeschwindigkeit eine übergeordnete Rolle.
Die hohe Qualität des T-3000-Kickertischs macht eine präzise Ballkontrolle erst möglich, sagt Naurenko in dem Video. Zuvor hatte er das System mit einem herkömmlichen Krökel-Tisch ausprobiert. Die Ungenauigkeiten dieses Tischs ließen jedoch ein präzises Passspiel des Roboters nicht immer zu.
Auch beim Torschuss spielt die Reaktionsgeschwindigkeit eine große Rolle: Der Roboter bewegt die Spielfiguren auf der Stange so schnell, dass ein Mensch darauf kaum reagieren kann.
Verbesserungsbedarf
Bei einem ersten Testspiel kristallisierten sich dann einige Probleme des Systems heraus. Immer dann, wenn der Ball chaotisch auf dem Spielfeld durch die Gegend hüpfte, konnte das Robotersystem nicht ausreichend schnell reagieren und der menschliche Spieler konnte das ausnutzen. Auch nutzte sich die Markierungsfarbe des Balls im Laufe des Spiels ab, sodass das Computer-Vision-System den Ball nicht immer korrekt verfolgen konnte.
Insgesamt macht der Foosbar-Roboter jedoch eine gute Figur beim Tischfußballspielen. Gegen einen professionellen Spieler kommt er jedoch vermutlich nicht an. Naumenko hat den Foosbar-Roboter unter Open Source gestellt. Eine Anleitung dazu finden Interessierte auf Github.
(olb)