Februar 2011, WM-Team: Projektwoche an der ETH und Stand an der Automation

Projektwoche an der ETH

Wir konnten von 17.-21. Januar eine Woche lang im Robotik-Labor der ETH Zürich arbeiten. Im „Autonomous Systems Lab“ entwickelten und bauten wir einen Prototyp des Roboters für die WM 2011. Martin Schütz für das CAD und Dario Fenner in der Werkstatt standen uns dabei helfend zur Seite. Ausserdem verbesserten wir mit Unterstützung von Stefan Bertschi und Thomas Baumgartner unsere neue Hauptplatine und gaben sie anschliessend zur Fertigung in Auftrag. Die Motorenplatine hatten wir schon bestellt und konnten sie bereits mit den Bauteilen bestücken. Wir warten noch auf eine Bestellung aus Amerika, dann können wir unseren Prototyp vervollständigen und mit der Programmierung beginnen.

Während der Projektwoche wurden wir durch verschiedene Robotik-Projekte der ETH geführt. Unter anderem sahen wir Roboter, die unter einem Mikroskop Fussball spielen und solche, die autonom auf vier Beinen gehen können.

Für uns war es eine grosse Chance, einmal in einem richtigen Laboratorium statt in unserem relativ kleinen Arbeitsraum an der Kantonsschule arbeiten zu können. Wir danken dafür ganz herzlich den Mitarbeitern des „Autonomous Systems Lab“, die uns diesen Einblick in die Spitzenforschung ermöglichten.

Grosser Dank geht auch an Lorenz Steinmann, der uns während der ganzen Woche seine Wohnung zur Verfügung stellte.

Stand an der Automation

Am 26. und 27. Januar präsentierten wir Helveticrobot an der Automatenmesse AUTOMATION Schweiz. Die Veranstalter der Messe hatten uns eingeladen und uns einen Stand zur Verfügung gestellt. Mit unserem Roboter zogen wir grosses Interesse auf uns und kamen mit vielen Besuchern ins Gespräch.

An der Messe konnten wir zum ersten Mal unsere neue Informationsbroschüre ausgeben. Die Reaktionen der Besucher darauf fielen positiv aus. Sie können die Informationsbroschüre hier downloaden.

Februar 2011, Challengeteam: Weiterentwickeln des Prototyps

Sensoren

Nachdem wir im Dezember das Grundgerüst des Prototyps, das heisst die beiden Ebenen und den Antriebsstrang, erstellt hatten, folgte im Januar das Anbringen verschiedener Sensoren und weiterer Elektronik. Diese dienen der Orientierung und dem Erkennen des gegnerischen Roboters auf dem Spielfeld. Zur Orientierung kommen zwei Tastsensoren, an Front und Heck angebracht, und ein Infrarotsensor vorne zum Einsatz. Für das Erkennen des Gegners sorgen vier Ultraschallsensoren, die ein Rundumscannen der Umgebung ermöglichen. Sie sollen mögliche Kollisionen mit einem gegnerischen Roboter frühzeitig erkennen, damit ein Ausweichmanöver eingeleitet werden kann.
Momentan sind wir auf der Suche nach geeigneten Farbsensoren, um die Pucks und die Homebase zu erkennen. Dabei sind verschiedene Eigenschaften zu beachten, unter anderem die benötigte Spannung, die Grösse und die Programmierbarkeit der Sensoren.

Servomotoren und Bürsten

Um eine optimale Gewichtsverteilung zu ermöglichen wurden das Board und der Akku mittig leicht nach hinten versetzt angebracht. Beim Aussortier-Mechanismus haben wir uns für einen Segelwinden-Servomotor, wie er bei Modellschiffen eingesetzt wird, entschieden. Nur dieser Typ Servomotor verfügt über einen genügend grossen Drehwinkel.
Das Aufsammeln der Pucks durch die trichterförmige Front der unteren Ebene funktioniert schon sehr gut. Um aber mögliche Puckverluste zu vermeiden, beispielsweise in einer Kurve oder bei einem möglichen Ausweichmanöver, bringen wir ganz vorne am Roboter zusätzlich eine rotierende Bürste an. Sie soll die Pucks hinein befördern, den Trichter nach vorne abschliessen und einen möglichen Stau vor dem Aussortier-Mechanismus vermeiden.

Programmierung

Bezüglich des Programmierens richteten wir unser Hauptaugenmerk auf das Fahren, welches doch einige Herausforderungen bereithielt. So mussten wir die Geradeausfahreigenschaften optimieren und das Kurvenhandling verbessern. Die ersten Gehversuche stimmen uns jedoch sehr zuversichtlich. Zudem haben wir die Ansteuerung für die Heckklappen-Servomotoren programmiert. Diese sollen am Schluss des Spiels die Heckklappen öffnen um, je nach Strategie, die gegnerischen oder die eigenen Pucks hinauszubefördern.

Januar 2011, WM-Team: Entwickeln einer neuen Elektronik

Für unseren nächsten Roboter, mit dem wir an der Weltmeisterschaft 2011 in Istanbul den WM-Titel gewinnen möchten, entwickeln wir eine komplett neue Elektronik. Kernstück derer ist natürlich das Mainboard.
Bereits im August überlegten wir uns, welche Anforderungen das neue Board erfüllen muss: Ist es nötig, vier statt bisher nur zwei Motoren ansteuern zu können? Wie viele Sensoren brauchen wir?
Weil die Regeln der Weltmeisterschaft zu diesem Zeitpunkt noch nicht bekannt waren und weil wir das Mainboard auch für spätere Roboter verwenden möchten, wollten wir es möglichst vielseitig gestalten.
Wir entschieden uns für eine zwei-Platinen-Lösung: Nebst der neuen Hauptplatine mit einem schnelleren Prozessor erstellen wir eine zusätzliche Platine, auf welche die Motorensteuerung ausgelagert wird. Um die Platinen bestmöglich unseren Ansprüchen anzupassen, haben wir sie gleich selber designet.
Bis im Dezember zeichneten Stefan und Michel die Schaltpläne für die beiden Platinen und suchten geeignete Bauteile im Internet. Danach mussten sie die beiden Platinen layouten. Beim Layouten muss man Verbindungen zwischen verschiedenen Bauteilen so ziehen, wie sie schlussendlich auch auf der realen Platine sein werden. Dies im Gegensatz zum Erstellen der Schaltpläne, wo nur abstrakte Schaltpläne gezeichnet werden. Die Herausforderung beim Layouten besteht darin, die Platine möglichst klein zu gestalten und trotzdem alle Verbindungen korrekt und ohne Überschneidungen zu zeichnen. Je kleiner nämlich eine Platine ist, desto billiger ist sie herzustellen.
Wir haben die Möglichkeit, von 17.-21 Januar eine Woche an der ETH zu verbringen und dort in verschiedensten Bereichen der Robotik zu forschen. Unter anderem können wir dort auch mit Hilfe von Spezialisten unsere beiden Boards perfektionieren. Wenn das Layout vollendet ist, geben wir beide Platinen bei einem Leiterplatten-Hersteller in Auftrag. Die geätzten Platinen werden wir anschliessend mit allen Bauteilen bestücken. Wenn auch dieser Arbeitsschritt abgeschlossen ist, werden wir das Ergebnis monatelanger Arbeit in den Händen halten.

Januar 2011, Challengeteam: Konzept entwickelt und Prototyp gebaut

Dank einer Einführung des ehemaligen Teammitglieds Jonas Müller ins Arbeiten mit einer CAD(computer-aided design)-Software sind wir jetzt imstande, digitale 3D-Modelle und technische Zeichnungen unseres Prototyps zu erstellen. Mithilfe einer solchen technischen Zeichnung haben wir den ersten Prototyp gebaut. Als Grundbaustoff verwendeten wir 5mm dickes Pappelholz, welches sich sehr gut bearbeiten lässt und ausreichend stabil ist. Die beiden Ebenen des Prototyps haben wir durch mehrere Gewindestangen miteinander verbunden. Der Prototyp ist aus mechanischer Sicht beinahe komplett, es fehlt lediglich der Aussortier-Mechanismus, da wir noch unschlüssig sind, welche Drehvorrichtung die erfolgversprechendste ist. Zudem fehlen noch alle Sensoren, welche wir in einem nächsten Schritt anbringen werden.
Die Auswahl der Sensoren ergibt sich aus dem Navigationskonzept, das wir ausgetüftelt haben. Unser Plan ist es, das Spielfeld in Bahnen abzufahren und so möglichst alle Pucks zu erreichen. Wir orientieren uns dabei mit Hilfe von Ultraschall- und Berührungssensoren. Ob sich unser Navigationskonzept bewährt, werden erste Testfahrten zeigen. Zuvor müssen wir noch die Ansteuerung der Ultraschallsensoren entwickeln und das Programm genauer planen.
Wenn wir den Prototyp fertig gebaut haben, werden wir ihn auf unserem Spielfeld ausgiebig testen, um konzeptionelle Fehler frühzeitig aufzudecken und die Zuverlässigkeit zu verbessern.