Prototyp zum Zweiten
Mitte Februar sind die Faulhaber-Motoren von unserem Platinsponsor Minimotor SA eingetroffen. Wir haben sie natürlich sofort montiert und getestet. Das anfängliche Staunen über die geringe Grösse der Motoren wich dabei bald grösserem Staunen über deren enorme Leistungsfähigkeit. Kein Vergleich zu den bleischweren und trägen Modellbaumotoren unseres ersten Prototyps. Die Einheit aus neuen Motoren und selbst entwickeltem Motorcontroller harmoniert nach einigen Anpassungen bereits bestens und lässt in Kombination mit den ebenfalls selbst entwickelten Omniwheels auf beste Fahreigenschaften hoffen. Der Prototyp rast bereits kraftvoll über das Test-Fussballfeld in der Bündner Kantonsschule.

Einer der Faulhaber-Motoren in der Detailaufnahme

Dribbler und Kicker – wir bleiben am Ball
Als nächstes muss der Dribbler fertig gebaut und optimiert werden. Nach verschiedenen Tests haben wir uns für ein Kombi-System aus breiter Angriffsfläche und im Zentrum guter Ballkontrolle entschieden. Unser Ziel ist es, den Ball gezielt auf dem Spielfeld führen zu können.
Zudem warten wir noch auf einen Solenoid (Elektromagnet), welchen wir auf Grund der im Januarblog beschriebenen Regeländerungen extra aus den USA bestellen mussten. Damit hoffen wir, den Ball trotz stark verminderter Spannung kraftvoll schiessen zu können.

Der Prototyp hat den Ball fest im Blick

Weitere Platinen bestückt und getestet
Die Elektroniker unseres Teams konnten im Februar weitere Platinen bestücken und in Betrieb nehmen. Zudem mussten sie am Motorenboard einen Fehler im Schaltplan korrigieren. Mit zusätzlichen Pull-Down Widerständen konnten sie das Problem relativ einfach lösen.
Aufgrund einiger Probleme haben wir uns ausserdem entschieden, eine neue Revision des Mainboards fertigen zu lassen. Diese ermöglicht unter anderem die Kommunikation über Bluetooth zwischen den beiden Robotern.
Als nächstes werden wir die ausstehenden Platinen für die Ballerkennung und unser neues Settingsboard bestellen. Letzteres wird es uns ermöglichen, am Wettbewerb schnell und einfach die wichtigen Einstellungen des Roboters zu verändern.

Der selbst entwickelte Motorencontroller harmoniert gut mit den Faulhaber-Motoren

Ansteuerung der Sensoren und verbinden der Platinen
Dank der einwandfrei funktionierenden Elektronik konnten wir die Software wieder um einige Schritte nach vorne bringen: Der Motorencontroller kann die drei neuen Motoren nahezu perfekt geregelt ansteuern und lässt bezüglich Genauigkeit keine Wünsche offen. Die Steuerbefehle werden schon vom Hauptcontroller generiert und dann an den Motorencontroller gesendet. Dieser setzt sie danach noch um. Bei der Implementierung dieser Kommunikation hat sich unsere sorgfältige Planung im Softwarekonzept bewährt.
Mit dem Mainboard können wir nun auch wichtige Sensoren wie Kompass und Ultraschall auslesen. Als nächstes rechnen wir nun die Inputs dieser Sensoren zusammen, damit mit diesen Daten über weitere Spielzüge entschieden werden kann.

Prototyp Nummer zwei rast bereits kraftvoll über den Fussballteppich

Auch die Ballerkennung funktioniert inzwischen. Eine Platine kann den Ball erkennen und den Winkel mehrere hundert Mal pro Sekunde am Computer ausgeben. Als nächste Schritte schalten wir nun alle Ballsensorplatinen zusammen und verbinden sie mit dem Mainboard.

Alles in allem sollten Ende März die ersten Testfahrten mit einem weitgehend vollständigen und funktionstüchtigen Roboter möglich sein.

Unser Stand an der Automation Schweiz in Winterthur

Im Januar konnten wir Helveticrobot wie bereits im letzten Jahr an der Automation-Messe in Winterthur vorstellen. Unser Sponsor easyFairs Switzerland stellte uns die Ausstellungsfläche gratis zur Verfügung. Wir versuchten die Leute von unseren Projekten zu überzeugen und ihnen unsere Zukunftspläne darzulegen. Gezeigt haben wir die WM-Roboter von 2010 und 2011 und unseren aktuellen Prototypen.

Oliver Kirsch arbeitet an der Drehbank in der Bündner Kantonsschule

Omniwheels gefräst und gedreht

An ebendiesem Prototypen haben wir im Januar viel gearbeitet. Mechanisch hat sich vor allem antriebstechnisch einiges getan. Wir konnten die Rahmen der Omniwheels bei der Formtec AG in Chur CNC-Fräsen lassen. Die passenden Subwheels drehten wir anschliessend in der Physik-Werkstatt der Bündner Kantonsschule. Die Firma Saurer Kugellager unterstützte uns mit Miniatur-Kugellagern zur Lagerung der Omniwheels auf der Achse.

Alle Bauteile für ein fertiges Omniwheel: Rahmen, Subwheel, O-Ring, Kugellager und Achse (v. l. n. r)

Mit den neuen Omniwheels haben wir nun genügend Bodenhaftung, um mit hohen Geschwindigkeiten zu navigieren. Sobald wir die Antriebsmotoren von unserem Sponsor Minimotor SA erhalten, können wir den definitiven Prototyp bauen.

Das fertige Omniwheel wartet auf seinen ersten Einsatz

Bereits erhalten haben wir die Motoren für den sogenannten „Dribbler“, mit dem wir dereinst den Ball kontrollieren werden. Auch bei diesem Bauteil entwickelten wir den Prototyp weiter.

Ballsensor- und Motorenplatinen bestückt

Wir haben die Ballsensorplatine nun mit allen Ballsensoren und weiteren Bauteilen bestückt. Elektronisch scheint alles zu funktionieren. Die Software der Ballsensorplatine wurde so umgeschrieben, dass sie jetzt nicht mehr nur auf unserem Testaufbau funktionieren soll, sondern auf der richtigen Platine. Aufgrund von Problemen, die wir zurzeit noch nicht richtig einordnen können, ist dieses Programm im Moment aber noch nicht lauffähig. Wir forschen weiter!

Auch die Motorenplatine ist fertig. Auf Basis der funktionierenden Elektronik der Motorenplatine konnte die Implementierung von PWM-Funktionen und das Testen dieser in Angriff genommen werden. Zurzeit testen wir noch mit unseren provisorischen Motoren. Doch auch diese rudimentären Tests funktionieren wunderbar. Die Testergebnisse sehen schon vielversprechend aus und lassen auf einen starken Antrieb unserer Fussballroboter hoffen.

Die fertig bestückte Ballsensorplatine, mit der die Position des Balles ermittelt wird

Softwarekonzept umsetzen

Wir haben im Laufe des Monats unser Softwarekonzept weiter in die Praxis umgesetzt und erweitert. Nun richten wir unsere Aufmerksamkeit bereits auf die effiziente Programmierung von verschiedenen Strategien und Spielsituationen. Dabei wird auch beachtet, ob und wie ein teildefekter Roboter noch weitermachen kann. Die Strategie unserer Roboter zu planen, stellt eine grosse Herausforderung dar. Dafür haben wir in den letzten beiden Jahren jeweils an der Weltmeisterschaft Fussballroboter anderer Teams beobachtet und versuchen nun, möglichst viele Stärken in unserer Strategie zu vereinen.

Im Dezember investierten wir viel Zeit in die Vorbereitung des 24 Stunden-Wettbewerbes an der Bündner Kantonsschule. Helveticrobot organisiert einen nationalen Lego-Robotikwettbewerb für Anfänger und Fortgeschrittene, um weitere Schüler für das Thema der Robotik zu begeistern. Für die 68 Teilnehmer aus der ganzen Schweiz bedarf es einiger Vorbereitung. Planung und Bau der Spielfelder, Catering und Übernachtungsmöglichkeit organisieren, digitale Ranglisten vorbereiten und so weiter. Wir freuen uns auf einen gelungenen Wettbewerb am 14. Und 15. Januar 2012.

Mechanik

Bei der Arbeit am WM-Roboter erzielten wir in den letzten Wochen grosse Fortschritte. Wir konnten unsere Komponenten stark weiterentwickeln. Bald schon können wir mit dem Bau des ersten vollständigen Prototyps beginnen. Dank eines grosszügigen Sponsorings stellt uns dafür die Firma Minimotor SA leistungsfähige Getriebemotoren von Faulhaber für den Antrieb unseres Roboters zur Verfügung. Die Mechaniker unseres Teams können sich nun auf weitere Elementare Dinge des Antriebes für den Fussballroboter kümmern. So auch um die selbst gefertigten Omniwheels (spezielle Räder). Hier können wir neue Wege gehen, da wir die Omniwheels durch freundlicherweise von der Firma Saurer Kugellager zur Verfügung gestellte Miniaturlager richtig lagern können. Gemeinsam mit den von der Formtec AG CNC-gefrästen Rad-Chassen können wir so einen extrem leistungsfähigen Antrieb realisieren. Die benötigten Subwheels (kleine Rädchen am grossen Rad) können wir in der Physikwerkstatt der Bündner Kantonsschule drehen.

Sobald wir die Motoren erhalten und damit unser Antrieb steht, können wir mit dem Bau eines ersten kompletten Prototyps beginnen. Diesen werden wir anschliessend mit den benötigten Sensoren und Mainboards zusammengefügt und dann als Ganzes testen. Es stehen unter anderem Materialtests an, um die optimalen Materialien für den Bau des Chassis zu finden. Dies ist bei unseren Ansprüchen nicht allzu einfach, da wir bei höchster Festigkeit und möglichst geringem Gewicht auch noch auf ein gut zu verarbeitendes Material angewiesen sind.

Das Mainboard für den Fussballroboter in unfertiger Ausführung

Elektronik

Wir arbeiten derzeit mit Hochdruck an der Elektronik unseres Fussballroboters. Die bereits zuvor bestellten Leiterplatten für die Spannungsversorgung und den Hauptprozessor wurden bestückt Erstere funktioniert in unseren Tests jeweils tadellos. Das Mainboard hat uns zu Beginn etwas mehr Kopfzerbrechen bereitet, hatten wir doch einen kleinen Fehler beim Layout der Platine gemacht und zudem Probleme mit der Programmierung. Beide Fehler konnten wir jedoch ausfindig machen und erfolgreich bewältigen. Damit können wir uns jetzt auf die weitere Elektronik des Roboters konzentrieren.

Die drei Testversionen des Ballsensorboards

Wir haben zwei weitere Platinen für die Ansteuerung der Motoren und für die Ballerkennung entwickelt und bestellt. Derzeit warten wir noch auf das Eintreffen aller Bauteile, um die Boards fertig bestücken zu können. Sofern diese Platinen ebenfalls funktionieren, bleibt uns anschliessend nur noch ein Projekt: Die Kicker-Elektronik, bei der uns eine kurzfristige Regeländerung einen Strich durch die Rechnung gemacht hat. Diese verbietet Spannungen über 12 Volt auf dem ganzen Roboter. Somit können wir nicht wie ursprünglich geplant einen Kondensator aufladen und damit einen Elektromagneten mit über 300 Volt betreiben. Gezwungenermassen müssen wir uns als Alternativen nun mit Linearmotoren, Zündspulen oder gar Druckluft befassen.

Software

Auch die Software macht fleissig Fortschritte. Die im gerade fertiggestellten Softwarekonzept spezifizierten Bibliotheken werden jetzt Schritt für Schritt in die Praxis umgesetzt. Insbesondere werden im Moment Bibliotheken für die Kommunikation der verschiedenen Bauteile des Roboters geschrieben, so dass diese miteinander kommunizieren können. Das Interessante daran ist, dass wir verschiedene Prozessoren verwenden, die Bibliotheken jedoch auf allen gleich funktionieren müssen.

Auch die Ballerkennungssoftware haben wir stark weiterentwickelt: Es ist jetzt möglich, den Winkel festzustellen, in dem der Ball zum Roboter steht. Dies geschieht allerdings – bedingt durch nur vier Ballsensoren auf unserem Testaufbau – noch recht ungenau. Mit der Fertigstellung der Ballsensorplatinen können wir diesen Teil der Software in den nächsten Wochen noch einmal weiterentwickeln. Für alle Mainboards werden derzeit Testprogramme geschrieben, um eventuelle Fehler in der Elektronik so früh wie möglich festzustellen.

Im Oktober verrichteten wir viel Grundlagenforschung: Sensoren auswählen, Versuche aufbauen, Sensoren testen, Versuchsaufbau ändern, Sensoren erneut testen, Ergebnisse auswerten, neue Sensoren bestellen, von vorne beginnen.

CAD-Modell bald fertig
Wir entwickeln zurzeit grundlegende Komponenten für die Bewegung des Roboters (holonomer Antrieb), Orientierung (Encoder, Kompass und Ultraschall), Ballerkennung (Sensoren und Platine), Ballkontrolle (Dribbler) und Schuss (Kicker). In verschiedenen Kleingruppen erarbeiten wir die Bauteile. In wöchentlichen Telefonkonferenzen besprechen wir gemeinsam die Fortschritte und das weitere Vorgehen.

Aus mechanischer Sicht haben wir einen Meilenstein erreicht: Das vollständige CAD-Modell des Prototyps ist fast fertig. Wir warten nur noch auf die endgültigen Spezifikationen der Motoren, bevor wir das CAD abschliessen und mit dem Bau des Prototyps beginnen können.

Ballerkennung & Kicker
Bei der Ballerkennung war die Evaluation der richtigen Sensoren besonders aufwändig. Die Erarbeitung der entsprechenden Platine ist in vollem Gange. Auch bei der Kicker-Elektronik haben wir entscheidende Fortschritte erzielt. Erste Tests lassen auf ausreichende Schusskraft hoffen.

Auch in der Software geht es vorwärts. In der Ballerkennung, der Navigation und der Kommunikation zwischen den Robotern wurden bereits grosse Fortschritte erzielt.

Wir haben auch bereits erste Zusagen von Sponsoren: Easy Fairs, die Fanger Kies & Beton AG, die Stadt Chur und die Swiss Helicopter Group unterstützen uns finanziell, die Compona AG mit Material.
Herzlichen Dank!

Bestärkt durch unseren Weltmeistertitel entschlossen wir uns noch während unseres Aufenthalts in Istanbul, die ultimative Herausforderung anzunehmen: Soccer.

In der Disziplin Soccer treten zwei Teams mit  jeweils zwei Robotern gegeneinander an. Allein die Tatsache, zwei statt einem Roboter zu bauen, bedeutet einen wesentlich grösseren Finanz- und Arbeitsaufwand als bisher. Hinzu kommt eine grosse Dynamik: Die Roboter müssen sich in jeder Situation zurechtfinden und orientieren können. Sie kommunizieren untereinander, um die richtige Aufstellung und Strategie zu koordinieren. Die Roboter sollen zudem auf jeden erdenklichen Gegner eingestellt sein.

Hauptsächlich geht es in der Disziplin Soccer darum, einen Roboter zu bauen, der sich selbstständig auf dem Spielfeld orientieren, den Ball erkennen und kontrollieren und natürlich Tore schiessen kann. Das Spielfeld ist durch Wände begrenzt, je nach Kategorie gibt es auch eine Out-Linie. Der Ball sendet pulsierendes Infrarot-Licht aus, so dass er mit den Infrarot-Sensoren des Roboters erkannt werden kann.

Gemeinsam mit dem neu ins Team aufgenommenen Programmierer Michael Baumann aus Bonaduz streben wir nun nach neuen Erfolgen. Seit Wochen leisteten wir Konzeptarbeit, bauten einen Prototyp und testeten verschiedenste Sensoren. Der Prototyp kann bereits in beliebige Richtungen fahren und sich dabei in beliebige Richtungen drehen.

Ausserdem sind wir auf der Suche nach Sponsoren. Das Projektbudget ist aufgrund der vielen Neuentwicklungen und der weiten Reise an die Weltmeisterschaft sehr hoch. Deshalb erhoffen wir uns Real- und Geldsponsorings von verschiedenster Seite.

In den nächsten Wochen entwickeln wir einen zweiten Prototyp, der bereits Fussball spielen soll.