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Walter Frei
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1 Abschlusspräsentation Robotikpraktikum Spielen mit dem Greifarm Angw. Informatik Awend. Informatik Angw. Informatik Universität Heidelberg 27. Oktober 2009

2 Ablauf der Präsentation Aufgabenstellung Entwicklungsprozess der Komponenten Schachbrett Roboterarm Programmlogik Ergebnisse und Ausblick Vorführung des Projektes 2

3 Aufgabenstellung Schachspielen gegen Roboterarm Lynx ermöglichen: Konstruktion eines Schachbrettes mit geeigneter Sensorik Wiederverwendbarkeit für andere Projekte Spielgefühl soll so natürlich wie möglich sein 3

5 Entwicklungsprozess - Schachbrett Technische Umsetzung Figur Magnet Abstandshalter Nagel Brett Reed-Kontakt 6

6 Entwicklungsprozess - Schachbrett Software Umsetzung Mikrocontroller......interagiert über serielle Schnittstelle mit dem Computer...arbeitet mit Handshake: wartet auf eingehende Befehle und reagiert dementsprechend...kann Positionen der Figuren liefern und zwei LEDs steuern...wird über eine Brettinterfaceklasse angesprochen 7

7 8

8 Entwicklungsprozess - Roboterarm Technische Umsetzung Aktionsradius des Armes durch eine steuerbare Drehplattform künstlich erweitert. Greiffinger von Lynx mit mehr Haftung versehen um Figuren besser zu halten. Arm auf Anhöhe montiert um Bewegungsfreiheit bestmöglich auszunutzen. 9

9 Entwicklungsprozess - Roboterarm Software Umsetzung Steuerung unterteilt sich auf drei Ebenen: Servomotordaten Auslenkungen und Geschwindigkeit Positionsdaten 3D-Raumdaten für die Greiffingerpositionen Schachdaten Schachfelder und Figurcharakteristika Einfachere Handhabung Weniger Kontrolle über die Hardware 10

10 Entwicklungsprozess - Roboterarm Software Umsetzung Ebene Servomotordaten Ansteuerung der Servomotoren über einen eigenen Mikrocontroller Servoboard-Schnittstelle verlangt normierte Daten für jeden Servomotor: Wertebereich von 0.0 bis 1.0 für Stellung zwischen maximaler Auslenkung links/rechts Wertebereich von 0.0 bis 1.0 entspricht Geschwindigkeit der Rotation 11

11 Entwicklungsprozess - Roboterarm Software Umsetzung Ebene Positionsdaten Wichtig ist: Position im Raum unter gewissen Bedingungen zu erreichen. (hier: senkrechte Ausrichtung der Fingerspitzen) Greiffinger werden durch inverse Kinematik an die richtige Position navigiert. [gegeben] Position [benötigt] Winkel Hier: Geometrischer Lösungsansatz 12

12 Entwicklungsprozess - Roboterarm Software Umsetzung Ebene Schachdaten Durchführung eines Schachzuges soll als eine Routine zur Verfügung stehen. z. B. Teilzug Hebe Bauer auf Feld a2 an 1) Übersetzung des Feldes a2 in Greifkoordinaten 2) Offset-Werte vom Typ Bauer berücksichtigen 3) Modifizierte Greifkoordinaten an darunter liegende Ebene weitergeben: Sequenz an Bewegungspunkten durchlaufen, welche Hebebewegung an den Greifkoordinaten realisiert. 13

Entwicklungsprozess - Programm Schach -KI Anforderungen an die KI: Spielerkoordinaten entgegen nehmen Antwortkoordinaten senden Schach Regeln berücksichtigen Angemessener Schwierigkeitsgrad GNU

14 Entwicklungsprozess - Programm Schach -KI Anforderungen an die KI: Spielerkoordinaten entgegen nehmen Antwortkoordinaten senden Schach Regeln berücksichtigen Angemessener Schwierigkeitsgrad GNU Chess: 1984 für UNIX (Stuart Cracraft) Aktuellste Version 5.07 Auf 2.4Ghz Pentium 4 mit 512MB RAM erzielt GNU Chess 2100 ELO Rating (Meisteranwärter) Vgl. Veselin Topalov (derzeitiger Listenanführer) mit

15 Entwicklungsprozess - Programm Schach -KI Startet GNU Chess im child prozess über fork() fork()<0 -> Fehler fork()==0 -> Kind-Prozess (neu erzeugt durch fork) fork()>0 -> Vater-Prozess (ursprünglich gestarteter Prozess)

16 Entwicklungsprozess - Programm Der Kern - Übersicht Das Kernprogramm......verwaltet die Softwarekomponenten Schach-KI Armsteuerung Brettinterface...hat 6 verschiedene Zustände...beinhaltet Fehlertolleranz & -korrektur merkt sich Position, Typ und Besitzer jeder Figur 17

17 Entwicklungsprozess - Programm Mögliche Fehlerquellen Falsche Startposition Der Greifarm verfehlt eine Figur Spieler entscheidet sich um (bevor sein Zug beendet wurde) Zwei Arten eine Figur zu schlagen (welche zuerst anheben?) Sonderzüge (Rochade, Bauer wird zur Dame) Zwei Felder werden gleichzeitig verändert Figuren werden umgeworfen 18

18 Entwicklungsprozess - Programm Der Zug des Spielers Die History zeichnet das Anheben und Absetzen von Figuren innerhalb eines Spieler-Zuges auf Es wird aufgezeichnet wann, wo und wie eine Figur manipuliert wurde, gegebenenfalls auch wem sie gehört Nach jedem Absetzen wird ein Entscheidungsbaum mit 9 Verzweigungen durchlaufen um den Zug zu analysieren Anheben und Absetzen kann sich auch aufheben 19

19 Entwicklungsprozess - Programm Beispiel zur History: Figur schlagen Zeit Variante 1 Angehoben: A4 Angehoben: B5 Platziert: B5 Zugehörigkeit: LISA Spieler Variante 2 Angehoben: B5 Angehoben: A4 Platziert: B5 Unbekannt 1. Eine Figur von LISA wurde auf dem gerade geänderten Feld in diesem Zug schon einmal angehoben 2. Es gab bisher genau 3 Teilzüge, während genau einem dieser Teilzüge wurde eine Figur des Spielers angehoben Der Spieler will vermutlich eine Figur schlagen 20

20 Entwicklungsprozess - Programm Der Zug der Schach-KI Problem: Gnuchess liefert nur die Koordinaten Lösung: Fallunterscheidung und verwenden einer Queue Beispiel: Gnuchess: c6d4 c6d4 und d4 besetzt Figur schlagen 1.Figur von d4 anheben (Typ ermitteln) 2.Angehobene Figur außerhalb des Brettes fallenlassen 3.Eigene Figur von c6 nehmen (Typ ermitteln, merken) 4.Angehobene Figur auf d4 absetzen (Höhe durch Schritt 3) 21

21 Ergebnisse und Ausblick Fehlertoleranz beim Spielen Intuitives Spielgefühl Ausbaufähig für andere Spiele / Praktika Implementierung zusätzlicher Spieloptionen Genauigkeit der Servomotoren verbessern Effizientere Kommunikation mit dem Brett 22

22 Vorführung Eine Partie Schach gegen LISA Spieler : Weiß LISA : Schwarz 23

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