Eurobot 2010 – Feed the World

 

Zasady

Co roku konkurs jest rozgrywany według innych zasad, tak aby każdy zespół miał taki sam czas na przygotowania i równe szanse na zwycięstwo. Zadania stawiane przed robotami są bardzo zróżnicowane: od meczu piłki nożnej lub golfa, przez zbieranie śmieci, po misję na Marsa i budowanie świątyń na Atlantydzie. Mimo tej różnorodności, niektóre punkty regulaminu pozostają te same: w rozgrywce biorą udział jednocześnie dwa roboty, plansza ma wymiary 2×3 m, a roboty muszą się zmieścić w sześcianie o boku 30 – 40 cm. Na wykonanie zadania jest 90 sekund.

Nakarmić Świat

Tegoroczne zadanie polegało na zbieraniu owoców, reprezentowanych przez kolorowe piłki i walce, oraz transportowaniu ich do pojemnika znajdującego się w rogu planszy.

Najwyżej punktowane były pomarańcze, umieszczone na podwyższeniu pośrodku stołu, dalej kolby kukurydzy (białe walce) oraz pomidory. Czarne walce były przeszkodami na stałe przytwierdzonymi do stołu. Pozycje, na jakich umieszczone były kolby kukurydzy oraz przeszkody ustalano drogą losową przed rozpoczęciem meczu. Do dyspozycji uczestników były także wieżyczki (po trzy na zespół), na których można było umieszczać znaczniki pomagające w lokalizacji robota.

Projekt „The Harvester”

Mechanika

Robot, którego przygotowaliśmy na zawody miał być uniwersalny: projekt przewidywał możliwość zbierania wszystkich owoców, również przewróconych lub przesuniętych z pozycji wyjściowej.

Do zbierania pomarańczy przewidziano „widły”, podnoszone za pomocą serwomechanizmów. Kukurydza oraz pomidory miały być spychane. Dla zwiększenia pojemności oraz zasięgu robota, na dolnym poziomie zastosowano ruchome pługi, również napędzane przez serwomechanizmy. Do wypychania zebranych owoców z dolnego poziomu zastosowano poprzeczkę przymocowaną do ruchomych pasków zębatych. Pomarańcze z górnego poziomu robota wypadały same, dzięki nachyleniu półki, na którą były ładowane.

Robot był napędzany dwoma silnikami Buehler o napięciu znamionowym 12 V. Silniki do napędu robota oraz pasków zębatych otrzymaliśmy dzięki uprzejmości naszego sponsora – firmy WObit.

Elektronika i sterowanie

W robocie zaimplementowano układ sterowania przedstawiony na schemacie. Komputer NTT Home W 700P z procesorem Intel Atom otrzymuje i przetwarza obraz z kamery internetowej, podłączonej przez port USB. Na podstawie otrzymanych danych wysyła odpowiednie komendy do mikrokontrolera bezpośrednio sterującego silnikami. Komunikacja jest realizowana poprzez układ FT232RL (przejście USBUART).

Jako dodatkowe zabezpieczenie, do wykrywania robota przeciwnika, zastosowano czujniki odległości firmy SHARP. Pojemnik, do którego należy zrzucić owoce wykrywany był przez dwa czujniki odbiciowe umieszczone na końcu wysięgników z przodu robota. W sumie przewidziano sześć wejść analogowych, do których można podłączyć dwa wyżej opisane typy czujników.

Na płytce znalazły się także scalone mostki H do sterowania silnikami, wyjścia do serwomechanizmów, przetwornica do zasilania komputera, oraz osobna do zasilania elektroniki. Cały robot zasilany był z dwóch pakietów Li-Pol o napięciu 14,4 V.

System wizyjny

Do wykrywania przeciwnika, przeszkód oraz znajdowania pojemnika na owoce wykorzystano system wizyjny. Na robocie przeciwnika, oraz przy pojemniku umieszczaliśmy znaczniki z diod LED, które następnie lokalizowaliśmy na obrazie z kamery.

W ramach projektu powstał program przetwarzający obraz wykorzystujący biblioteki OpenCV. Po wstępnym wygładzeniu sygnału stosowano filtrację w przestrzeni HSV, dzięki której można było wyodrębnić obszary o określonym kolorze. Następnie tworzono kontury otrzymanych plam koloru i na podstawie ich pozycji realizowano algorytm poruszania się robota.

Eurobot 2010 – finały

Tegoroczny finał konkursu Eurobot odbyły się w dniach 28–30 maja w miejscowości Rapperswil-Jona w Szwajcarii. Na miejsce dotarliśmy dzień wcześniej, aby przetestować robota na oficjalnych planszach. Zawody odbywały się w hali sportowej. Tutaj ujawniła się największa słabość naszej konstrukcji – wrażliwość kamery na oświetlenie. Podczas prób na stołach przeznaczonych do testów, rozstawionych na korytarzach system wizyjny działał dobrze. Natomiast zdecydowanie mocniej oświetlonym boisku, gdzie odbywały się właściwe rozgrywki, nasz sprawiał poważne problemy. Bezpośrednie światło z mocnych reflektorów niemal oślepiało robota, dlatego też większość funkcji sterowania w czasie zawodów była realizowana przez mikrokontroler i czujniki analogowe. Podobne kłopoty miała większość ekip wykorzystujących systemy wizyjne. Mimo tych problemów udało nam się zająć 41. miejsce na ponad 50 startujących ekip. Jest to przyzwoity wynik, zwłaszcza, że poziom zawodów był bardzo wysoki.

Z wielu krajów, zwłaszcza z tych najdłużej uczestniczących w turnieju (Francja, Niemcy) zgłoszono do konkursu doskonałe konstrukcje. Manipulatory o 7 stopniach swobody, robot z magazynem na piłki przypominającym rewolwer, czy konstrukcje stworzone praktycznie w całości z drewnianej sklejki zachwycały swoim działaniem i estetyką wykonania. W prace nad sporą częścią robotów zaangażowane były duże zespoły (około 10-osobowe). Zazwyczaj projekty tych robotów były realizowane w ramach prac inżynierskich i magisterskich.

Warto podkreślić doskonałą organizację i atmosferę konkursu. Każdy zespół miał do dyspozycji swój boks, w którym mógł dokonywać modyfikacji swojego robota. Mimo dużej liczby uczestników i rozgrywanych rund, nie było przestojów i opóźnień. Organizatorzy zapewniali uczestnikom wyżywienie, napoje oraz rozrywki, jak grill czy koncert. Samo miejsce konkursu, położone wśród Alp Szwajcarskich zachwycało, a spędzanie czasu w międzynarodowym gronie pozwoliło poznać pasjonatów robotyki, nie tylko z krajów Europy Zachodniej, lecz również z tak odległych krajów, jak Tajwan czy Malezja. Wszyscy członkowie naszej ekipy zgodnie mogą stwierdzić, że było to niezwykłe przeżycie, i za rok z pewnością nie może nas zabraknąć na EUROBOT 2011!

W skład zespołu weszli członkowie Koła Naukowego CybAiR:

• Marek Wąsik – projektowanie CAD, elektronika
• Artur Śniegowski – system wizyjny
• Piotr Kurowski – mechanika
• Karol Liwiński – mechanika
• Maciej Troszyński – organizacja, system wizyjny.

Wszyscy członkowie zespołu są studentami automatyki i robotyki na Wydziale Elektrycznym Politechniki Poznańskiej.

Chcielibyśmy serdecznie podziękować firmie WObit za sponsorowanie naszego projektu, prof. nadzw. Andrzejowi Kasińskiemu – szefowi Instytutu Automatyki i Inżynierii Informatycznej oraz wszystkim osobom, które wspierały nas w trakcie budowy robota.

Maciej Troszyński – Koło Naukowe CybAiR, Politechnika Poznańska