März 2011, WM-Team: Bestücken des Mainboards und Fertigstellen des Prototyps

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Im Februar arbeiteten wir weiter an dem neuen Mainboard. Zwei Platinen davon haben wir bereits mit Bauteilen bestückt. Die Arbeit mit dem neuen, leistungsfähigeren Prozessor bereitet unseren Programmierern noch etwas Mühe. Die Umstellung von der gewohnten Arbeitsumgebung trägt jedoch einiges zum Verständnis der Funktion verschiedener Prozessortypen bei.
Das Motorenboard, das zum Ansteuern der Motoren dient, ist schon fast fertig. Damit es seinen Zweck erfüllen kann, müssen nur noch einige Softwaretechnische Anpassungen vorgenommen werden.

Die Mechaniker stellten den Prototyp fast fertig. Motoren, Räder und Zubehör sind montiert. Sobald von Mainboard und Motorenboard je eine funktionierende Platine zur Verfügung stehen, kann der Prototyp fertig zusammengesetzt werden. Vermutlich im Verlaufe des Monats März können wir dann mit der Testphase des Roboters beginnen.

Nebst der Arbeit am Roboter für die Weltmeisterschaft 2011 in Istanbul ist auch die Sponsorensuche in vollem Gange. Das Budget für Material, Reise und Unterkunft ist noch nicht gesichert. Nebst den bisherigen Sponsoren schreiben wir Interessenten von der Technologiemesse, an der wir teilgenommen haben, regionale Technologiefirmen und öffentliche Institutionen an.

März 2011, Challengeteam: Roboter fertig gebaut und Sensoren getestet

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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.

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

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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

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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

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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

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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.

Dezember 2010, WM-Team: Arbeit am neuen Board

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Obwohl die definitiven Regeln noch nicht veröffentlicht wurden, arbeiten wir bereits an unserem nächsten Roboter. Um gut auf die möglichen Aufgaben vorbereitet zu sein, entwickeln wir dieses Jahr ein komplett neues Board, welches die zukünftigen Roboter steuern soll.

Das neue Roboterboard soll uns ermöglichen, unterschiedliche Lösungen für die vielfältigen Probleme zu finden. Zu den Vorteilen dieser neuen Hardware gegenüber dem älteren Robo32 Board gehören unter anderem ein leistungsfähigerer Mikrocontroller, die Möglichkeit, mehr Sensoren und Motoren anzusteuern sowie die Fähigkeit, drahtlos mit dem Computer kommunizieren zu können.

Zu den Arbeitsschritten, die nötig sind, um ein solches Board zu entwerfen und zu realisieren gehören unter anderem das Erarbeiten eines Konzeptes sowie das Zeichnen der Schaltpläne. Aus diesen Schaltplänen wird dann ein Platinenlayout erstellt, welches von einem Platinenhersteller anschliessend nach unsern Plänen zugefräst und geätzt wird. Zuletzt muss das Board mit den passenden Komponenten bestückt und ausgiebig getestet werden.

Für uns ist die Entwicklung dieses helveticBOARDs auch eine Möglichkeit, uns eingehender mit der Elektronik zu befassen und dadurch die Funktionsweise des Roboters besser zu verstehen.

Dezember 2010, Challengeteam: Zeichnen von ersten Plänen des neuen Roboters

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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.

November 2010, Challengeteam: Sechs neue Mitglieder definitiv aufgenommen

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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.

November 2010, Juniorteam: Erfolgreiches Abschneiden am ersten Wettbewerb

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Die erreichten Resultate an den Robolympics in Rapperswil stimmen zuversichtlich. Die Roboter der Juniorteams erledigten ihre Aufgabe allesamt solide, eines der vier Teams schaffte es gar auf das Podest, ein anderes verpasste das Podest um lediglich einen Rang:

  • Das Team „Linienfolge“ (Absolvieren eines Parcours, erschwert durch eine Rampe und falsche Abzweigungen) erreichte den achten Platz.
  • Das Team „Sumo“ (Drängen des Gegners vom Spielfeld) erreichte den sechsten Platz.
  • Das Team „Ping-Pong“ (Schaufeln von Tischtennisbällen auf die gegnerische Spielhälfte) erreichte den vierten Platz.
  • Das Team „Cross“ (schnellstmögliches Absolvieren eines kreuzförmigen Parcours) erreichte den dritten Platz.

Es beteiligten sich 19 Teams am Wettbewerb. Die Resultate können sich also sehen lassen.

Das WM-Team beteiligte sich spasseshalber spontan an einer Aufgabe. Es ging darum, einen Wagen auf einer Rampe möglichst weit nach oben zu ziehen.
Angetreten mit der klaren Gewinnvorgabe, waren wir über den erreichten zweiten Platz von 19 Teams natürlich ein bisschen enttäuscht.

Das Team entscheidet nun, welche der Juniormitglieder auch am nächsten Wettbewerb dabei sein werden. Dies wird die „Robotchallenge“ in Wien sein.