Schwierige Verhältnisse …

Durch die Erfolge unseres Roboters auf dem hauseigenen Spielfeld beflügelt, erhofften wir uns, an der RobotChallenge einen der vorderen Ränge belegen zu können. Einige Teammitglieder träumten sogar davon, den Europameistertitel zu gewinnen. Doch bereits in der Test- und Abstimmungsphase auf dem Wettkampf-Spielfeld zeigte sich, dass unsere empfindlichen Farbsensoren nicht mit den stark reflektierenden Folien der Homebases und den diffusen Lichtverhältnissen in der Wettbewerbshalle zurechtkamen. Somit waren eine präzise Aussortierung der Pucks und die Homebase-Erkennung nur bedingt gewährleistet.

… und Pech

Diese Probleme konnten wir mit einigen Anpassungen zumindest verringern. Während des Wettkampfs kamen jedoch äusserst unglückliche Zwischenfälle hinzu. Zwei Mal hatten wir Reifenprobleme zu beklagen, was zur Folge hatte, dass sich der Roboter im Kreis drehte. Unter anderem geschah dies in einem Spiel gegen einen notabene eher schwachen, vermeintlich leicht zu besiegenden Gegner, was daher besonders unerfreulich war.
Eine weitere Niederlage geht auf das Konto der Gegnererkennung, welche im Detail nicht ganz ausgereift war. Daraus resultierte eine sehr ärgerliche Kollision, was dem Gegner zu einem knappen Sieg verhalf.
Allerdings haben wir auch drei Spiele gewonnen. In Anbetracht dessen, dass die Konkurrenz zum Teil aus Vertretern namhafter Fachhochschulen bestand, ist dies ganz klar als Erfolg zu werten.

Ein Sieg fehlte

Schlussendlich fehlte uns ein einziger Sieg zur Qualifikation für die Finalrunde. Wir belegten den sechsten Platz in unserer Gruppe, was leider knapp nicht für ein Weiterkommen reichte.
Die Gründe für unser Ausscheiden sind vor allem in der kurzen Entwicklungszeit zu finden. Das Konzept ist zwar gut durchdacht, doch es mangelte an der nötigen Zuverlässigkeit und Terrainunabhängigkeit. Eine längere Entwicklungsphase wäre sicherlich von Vorteil gewesen.

Trotzdem ein grosser Erfolg!

Wir starteten vor vier Monaten als Anfänger – heute, nach dem Projekt, sind wir erfahrene Roboterbauer, die in der Lage sind, aus Fehlern zu lernen. In der Vorbereitung und während des Wettbewerbs lernten wir im Team zu arbeiten und Probleme gemeinsam zu lösen. Ausserdem konnten wir uns grosses Wissen über die Mechanik, die Elektronik und die Programmierung aneignen.

Ein grosser Erfolg!

Mechanik

Im Februar bauten wir einen zweiten Prototyp. Dieser beinhaltet einige Änderungen gegenüber dem ersten Prototyp. Um allfällige Puckverluste zu vermeiden, hatten wir zuerst den Einsatz einer rotierenden Bürste oberhalb des Trichters geplant. Diese doch recht aufwändige Vorrichtung ersetzten wir durch zwei kleine Hörner an den Enden des Trichters. Durch diese ebenso simple wie effiziente Lösung bleiben die Pucks auch bei Kurvenfahrt im Trichter.

Da wir gewisse Details des Prototyps, wie der oben beschriebene Trichter, veränderten, mussten wir natürlich auch das CAD-Modell modifizieren. Nun hatten wir ein digitales 3D-Modell unseres Roboters, woraus wir die technischen Zeichnungen für den Bau des definitiven Wettkampfroboters erstellten.

Diesen bauten wir in den letzten Tagen. Als Baustoff einigten wir uns auf Acrylglas. Acrylglas wurde bereits beim letztjährigen WM-Bot erfolgreich eingesetzt, es ist robust und äusserst gut zu bearbeiten. Die Farbgebung orientiert sich an den Pucks, also rot und blau. Schliesslich gehört zu einem richtigen „Helveticrobot“ nebst einwandfreiem Funktionieren auch gutes Aussehen.

Programmierung

Das Navigationskonzept haben wir einer gründlichen Überarbeitung unterzogen. Unser Roboter ist nun zu jeder Zeit imstande zu entscheiden, in welche Richtung es am sinnvollsten ist zu fahren. Dies bedeutet, dass auch nach einem Ausweichmanöver eine optimale Weiterfahrt gewährleistet ist und das Spielfeld komplett abgefahren wird.

Für die Gegnererkennung kommen Ultraschallsensoren zum Einsatz, welche wir bereits angesteuert haben. Sie müssen leicht nach oben gerichtet sein, weil Reflektionen der Strahlung am Boden falsche Messwerte verursachen und somit ein Funktionieren der Ultraschallsensoren verunmöglicht.

Um die Pucks und die Homebases zu erkennen verwenden wir Farbsensoren. Nach ausgiebiger Suche und dem Testen verschiedenster Dioden und Sensoren haben wir uns für ein Produkt entschieden. Die erkannten Unterschiede zwischen Rot und Blau sind allerdings sehr klein, weshalb wir die Sensoren viel näher an den Pucks und am Boden montieren müssen als ursprünglich geplant. In den verbleibenden 20 Tagen bis zum Wettbewerb gilt es nun, die Sensoren richtig zu kalibrieren und die Programmierung zu optimieren.

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.

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.

Momentan beschäftigen wir uns mit der Planung des Roboters: Wir erstellen eine Zeichnung des Grundkonzepts (Abmessungen, Aufsammelmechanismus für die Pucks, Behälter für die Pucks und Positionen von Motoren und Rädern).
Ein Knackpunkt ist die Aussortierung der verschiedenfarbigen Pucks, doch wir werden dafür sicher eine Lösung finden. Als nächsten Schritt werden wir einen ersten Prototypen bauen, um allfällige Schwierigkeiten und Probleme zu erkennen, die bei der Planung noch nicht ersichtlich waren.

Die Aufgabenstellung von Puck Collect finden Sie hier.

Am nächsten Wochenende werden wir ausserdem eine Einführung in CAD erhalten, so dass wir unsere Prototypen zukünftig als digitale 3D-Modelle erstellen können.

Sechs der zwölf Juniormitglieder wurden Ende November 2010 definitiv ins Team Helveticrobot aufgenommen:

Michael Baumann
Gian Jörimann
Albert Planta
Marco Ruggia
Florian Schäfer
Philipp Täschler

Genaueres zu den neuen Mitgliedern finden Sie unter Team.

Sie nehmen im März 2011 an der RobotChallenge in Wien teil. Ihre Aufgabe wird es sein, auf einem Spielfeld mehr eigene „Pucks“ einzusammeln als der gegnerische Roboter und diese in der eigenen Basis zu deponieren.
Auf diesen Wettbewerb bereiten sie sich selbstständig vor. Das WM-Team unterstützt die Neuen mit Einführungen in Mechanik, Elektronik und Programmierung. Sie werden für ihren Roboter das gleiche Mainboard verwenden, das wir schon an der Weltmeisterschaft erfolgreich eingesetzt haben.

Selbstverständlich sind wir auch für diesen Wettbewerb auf Sponsoren angewiesen, die die Reise mitfinanzieren.