Hardware and software development for RoboCup SSL robots

Abstract

RoboCup'ın en hızlı ve hareketli yarışmalarından biri olan Küçük Boy Robot Liginde, 2 otonom takım tarafından 6'ya 6 robotlarla 6050 mm'ye 4050 mm boyutlu bir sahanın üzerinde futbol maçı oynanmaktadır. Ligin bu mücadeleci özelliğinden dolayı, robotlar hassas bir şekilde kontrol edilmelidirler ki gerçek zamanlı olarak tepki verebilsinler ve zekice futbol hareketleri sergileyebilsinler. Bu tezde, sadece robotların elektronik devre tasarımlarının üzerinde durulmamış olunup, yeni düşük ve yüksek seviye kontrol algoritmaları da tanıtılmıştır. Robotun temel fonksiyonlarını kontrol eden yeni elektronik devrede, hassas kontrol yapabilmek için Freescale MC9S08DZ128 mikrodenetleyici ve yüksek çözünürlükte optik algılayıcılar kullanılmıştır. MC33035 motor sürücü yongaya ait özellikler uygun bir şekilde yeni devreye adapte edilmiştir. Ek olarak, yeni şut çekme devresi tasarlanılarak, kapasitörlerin çok daha kısa bir sürede şarj edilmeleri sağlanılmıştır. Bu tezin algoritmik katkıları sadece fırçasız doğru akım motorlarını sürmek için gerekli olan düşük seviye kontrol algoritmalarını değil, robotların yol planlama ve engelden kaçınma eylemlerini gerçekleştirebilmelerini sağlayan ERRT algoritmasının sistemimize uyarlanmasını da kapsamaktadır. Buna ek olarak, robotların koordinasyonu için yeni dizilim kontrol algoritmaları geliştirilmiştir. Bu katkılara ek olarak, görüntü tabanlı sistem gecikmesini minimize etmek için Kalman süzgeci kullanılmıştır ve en küçük kareler yöntemiyle de top konumunun tahmini sağlanılmıştır.

In Small Size League (SSL) which is one of the most dynamic and fastest competitions of RoboCup, a soccer game is played between two autonomous teams of 6 robots on a field of size 6050 mm x 4050 mm. Because of this challenging feature of SSL, the robots should be controlled precisely so that they can react in real-time with intelligent soccer-like moves. In this thesis, we not only focus on the electronic board design of the robots, but also introduce new low and high level control algorithms that enable the robots to compete in SSL successfully.In the new electronic board that controls the main functions of the robot, the microcontroller MC9S08DZ128 and encoders with higher resolution have been utilized for precise control and the features of the motor driver MC33035 have been adapted accordingly. Morover, a new kicker circuit is designed so that the capacitors can be charged in a shorter amount of time.The algorithmic contributions of this thesis include not only a new low level control algorithm to drive brushless DC motors, but also implementation of the extended rapidly exploring random trees (ERRT) algorithm in our system for path planning and obstacle avoidance. Morover, new formation control algorithms have been developed for coordination of the robots. In this context, a Kalman filter is implemented to compansate for vision based system delay and least squares techniques are used to predict the ball position.