Die RobotChallenge fand am 10. und 11. März in Wien statt. In der Disziplin PuckCollect, in der wir teilnahmen, starteten 14 Teams aus ganz Europa, wobei wir die einzigen Schweizer Vertreter waren. Unser Ziel Podestplatzierung wurde erreicht: wir erkämpften uns den dritten Rang!

Das Podest der Kategorie Puck Collect an der RobotChallenge in Wien. Rechts: Philipp Taeschler, Florian Schäfer, Gian Jörimann und Albert Planta (v.l.n.r)

Kurz vor RobotChallenge – neue Navigation

Lange Zeit sahen wir im ausschliesslichen Verwenden von Ultraschallsensoren die beste, weil verlässlichste Navigationsstrategie. Da aber der Grossteil der Pucks sich in der Spielfeldmitte konzentrierte, war die Ausbeute mit dem bisherigen Randabfahren eher klein. Viel besser funktionierte unsere neue Taktik, das Schlaufenfahren. Dafür benötigten wir einen Kompass, der es erlaubt, recht genaue Schlaufen zu programmieren. Das Ergebnis entsprach nach kurzer Zeit unseren Anforderungen, die Anzahl eingesammelter Pucks stieg markant. Lediglich die Einflüsse einzelner Magnetfelder verhinderten ein noch präziseres Fahren. Für den Ernstfall – d.h. für die RobotChallenge – genügte dies jedoch vollauf, denn die weiterhin eingesetzten Ultraschallsensoren und das zusätzlich verwendete Randabfahren ermöglichen zuverlässige Kurskorrekturen.

Erster Tag – Testphase
Weil der Wettbewerb in PuckCollect erst am zweiten Tag der RobotChallenge stattfand, konnten wir den ersten Tag zum Überprüfen und Anpassen aller Funktionen unseres Roboters nutzen. Dabei kam zum Vorschein, dass die Magnetfelder in der „Aula der Wissenschaften“ je nach Standort höchst unterschiedlich ausgeprägt waren und somit die Orientierung via Kompass merklich beeinflussten. Wir versuchten das Fahren mit Kompass an die hiesigen Verhältnisse anzupassen, das gelang uns allerdings nur ansatzweise. Aber wie im oberen Abschnitt beschrieben konnten wir den Kursabweichungen mit einfachen Massnahmen entgegenwirken. Ansonsten funktionierte der Roboter wie gewünscht: die Pucksortierung arbeitete problemlos, ebenso die Baseerkennung und die Kombination aller Funktionen.
Als Krönung des ersten Tages besiegten wir einen Gegner in einem Probelauf. Unser Roboter spulte sein Programm fehlerfrei ab, dem Gegner blieb da nur noch das Nachsehen.

Zweiter Tag – Hochspannung bis zum letzten Spiel
Die Wettkämpfe in PuckCollect gliederten sich in je eine Vorrunde pro Gruppe und in die Finalrunde, in dem der Europameister erkoren wurde. Die Vorrunde bereitete uns keine Probleme, allen Unkenrufen der Programmierfraktion zum Trotz, die in den vorherrschenden Magnetfeldern grosse Probleme sahen. Mit vier Siegen und zwei Unentschieden qualifizierten wir uns mühelos für das Finale, die Vorrunde konnten wir sogar für uns entscheiden.

In der Finalrunde (die jeweils besten vier der Gruppenphase qualifizierten sich dafür) war das Glück nicht mehr vollständig auf unserer Seite. Durch eine Mischung aus Pech und selbstverschuldeten Fehlern (die zwei Mal zum Verhaken und folglich zum Stillstand beider Roboter auf dem Spielfeld führte) kam unser Ziel, ein Platz auf dem Treppchen, gehörig ins Wanken. Letzten Endes gelang es uns dennoch, den dritten Rang zu verteidigen.

Dominiert wurde der Wettbewerb von einem polnischen Team, das einen geradezu gespenstisch perfekt funktionierenden Roboter entwickelt hatte. Dieser war allen Kontrahenten um Lichtjahre voraus, keiner konnte ihm auch nur im Geringsten das Wasser reichen.

Beim zweiten Mal hat es geklappt
Die diesjährige Teilnahme an der RobotChallenge war bereits unsere zweite binnen Jahresfrist. Letztes Jahr war die RobotChallenge unser erster Robotik-Grossanlass gewesen, unser Abschneiden war von Pech und nicht zuletzt auch von Unerfahrenheit geprägt. Seither wurde unser Roboter gründlich überarbeitet, insbesondere Elektronik und Programmierung bedurften tiefgehender Modifikationen. Das Ergebnis – der dritte Rang – ist mehr als befriedigend.

Bis zur RobotChallenge verbleibt noch gut eine Woche. Die Zeit drängt, denn es gilt die letzten Feinschliffe am Roboter vorzunehmen, bevor wir die Koffer packen und nach Wien reisen. Doch unterm Strich blicken wir der Europameisterschaft für selbstgebaute, autonome und mobile Roboter zuversichtlich entgegen, angesichts der erbaulichen Leistungen unseres Fabrikates.

Bau des Wettkampfroboters
Nach dem erfolgreichen CNC-Fräsen der wichtigsten Bestandteile unseres Roboters konnten wir uns mit der Herstellung der Kleinteile (Sensorhalterungen, Vorhang etc.) und dem finalen Zusammenfügen aller Komponenten beschäftigen. Dies verlief zur Freude aller erstaunlich reibungslos, da oft Schwierigkeiten (Planungsfehler, Materialprobleme und dergleichen) in der Umsetzung von der Theorie in die Praxis den Fertigungsprozess erlahmen lassen. Vor allem die Programmierer nahmen den zügig fertig gebauten Roboter erfreut zur Kenntnis, weil sie sogleich beginnen konnten, ihm Leben einzuhauchen.

Die Pucks, die es einzusammeln gilt, werden lackiert

Programmierung und Platine – die Elektronik gibt Vollgas
Wie im Februarbericht des Challengeteams nachzulesen ist, wurde das erste Board fertig gelötet. In der Zwischenzeit löteten wir bereits ein zweites Board, welches wir als Referenz und Ersatz gebrauchen können.
Das erste Board funktioniert soweit sehr gut. Nur die Motorsteuerung agierte nicht wunschgemäss, doch dieses Problem konnte inzwischen behoben werden, sodass unsere Platine absolut wettkampftauglich ist.
Auch in der Programmierung scheint uns das Glück hold zu sein: die Homebase-Erkennung funktioniert auf Anhieb einwandfrei, genauso Freude bereitet das Sortieren der Pucks, das deutlich besser funktioniert als noch vor Jahresfrist; Falschsortierungen sind die Ausnahme, und das unabhängig von den äusseren Lichteinflüssen, die uns letztes Jahr zum Verhängnis wurden. Da versteht es sich von selbst, dass das Fahren keinen Grund zum Wehklagen bietet.

Programmierer Marco Ruggia arbeitet an der neuen Platine

Kurz vor dem Wettkampf: Detailverbesserungen
In der letzten Woche vor dem Wettkampf wird unser Schwerpunkt auf Detailverbesserungen liegen: die Fehlerquote beim Sortieren muss noch weiter gesenkt werden, denn jeder falsch sortierte Puck kostet wertvolle Punkte; die Gegnererkennung muss so ausgereift sein, dass der Roboter bei einem Ausweichmanöver sofort wieder die richtige Route findet; falls das
Pflichtenheft vorzeitig erfüllt ist, können wir versuchen, die Geschwindigkeit zu steigern oder weitere routentechnische Strategien testen.
Die RobotChallenge 2012 findet am 10. und 11. März in Wien statt. In der darauffolgenden Woche werden Sie, liebe LeserInnen, auf dieser Seite einen ausführlichen Bericht zum Wettkampfgeschehen erhalten. Während des Wettkampfes werden wir laufend via Twitter die wichtigsten Ereignisse publizieren.

Nachdem die Vorbereitung und die Durchführung des 24h-Wettbewerbs die Mithilfe aller Vereinsmitglieder benötigt hatte, konnten wir unser Hauptaugenmerk wieder gänzlich auf das Objekt unserer Begierde lenken, dem PuckCollect-Roboter. In einem Monat muss „Puckman“ seine Aufgabe zuverlässig und effizient bewältigen können. Alle Vorzeichen deuten darauf hin, dass wir den straffen Zeitplan einhalten können.

Bau des Wettkampfroboters – CNC ist die Lösung!
Wie im Januarbericht des Challengeteams nachzulesen ist, stehen für den Bau des Wettkampfroboters alle Lampen auf grün. Es bedurfte noch eines Zwischenschrittes, nämlich der Fertigstellung des CAD-Modells. Dieses ist umso wichtiger, da wir uns entschlossen haben, die Acrylglasteile von Puckman mithilfe einer CNC-Fräse zu formen. Das CNC-Fräsen hat gegenüber der konventionellen Handarbeit den Vorteil, dass die Teile millimetergenau gefräst werden. Natürlich spielte die Entlastung unserer Mechanikfraktion auch eine gewisse Rolle.
Die CNC-Fräse wird uns von der HTW Chur (Hochschule für Technik und Wirtschaft) zur Verfügung gestellt. Herzlichen Dank!
Der nächste Schritt ist das Zusammenbauen des Roboters. Die Elektronik- und Programmierungsspezialisten drängen darauf, ihre Erzeugnisse am Wettkampfroboter auszuprobieren.

Platine und Phototransistor – die Elektronik ist auf dem Vormarsch
Nachdem wir mit etlichen Fehlbestellungen zu kämpfen hatten, ist das Licht am Ende des Tunnels nun doch in Reichweite. Die Platine ist fertig gelötet und somit bereit für erste Funktionstests.

Da wir uns zum ersten Mal mit der Entwicklung einer Platine beschäftigten, hatten wir einige Probleme, die dank tatkräftiger Unterstützung des WM-Teams behoben werden konnten. Nichtsdestotrotz erscheint es uns sinnvoll, eine Liste mit Verbesserungen aufzustellen. Unter anderem gehört darin: die frühzeitige Teilesuche und -bestellung, damit die Platinenentwicklung reibungsloser ablaufen kann; die mehrfache Überprüfung aller Bestandteile, damit Fehlbestellungen in Zukunft vermieden werden können.
Des Weiteren scheint die Achillesferse des letztjährigen Wettkampfroboters beseitigt zu sein: dank dem Austausch des unzuverlässig arbeitenden Farbsensors durch einen Phototransistor konnte die Fehlerquote beim Sortieren der Pucks massiv gesenkt werden. Dies lässt auf ein deutlich besseres Abschneiden bei der RobotChallenge hoffen.

Die RobotChallenge, welche am 10. und 11. März 2012 in Wien stattfinden wird, rückt näher und näher. Noch zwei Monate stehen uns zur Verfügung. Somit hat die heisse Phase in der Entwicklung des PuckCollect-Roboters begonnen.

Wettkampfroboter – kurz vor dem Bau
Die neuen Features (einseitig flexibler Vorhang und optimierter Sortiermechanismus; für eine detaillierte Beschreibung siehe Blogeintrag „Oktober 2011, Challenge Team“) absolvierten erfolgreich verschiedene Funktionstests. Wir stellten markante Verbesserungen in der Aufnahme der Pucks fest; Puckverluste gehören seit der Installierung des Vorhangs der Vergangenheit an.
Folglich steht dem Bau des Wettkamproboters nichts mehr im Wege. Das neue schwarze und lichtundurchlässige Acrylglas ist bestellt, mit dem Bau wird demnächst begonnen.

Phillipp geht beim Zuschneiden eines Bauteils ziemlich rabiat zur Sache ...

Platine – fertig gestaltet, Hersteller beauftragt
Das Layout der Platine ist nun nach mehrmaliger Überarbeitung fertig. Der letzte Schritt bestand aus der Erstellung einer Stückliste aller auf dem Board benötigten Teile. Durch die Stückliste wird die Verfügbarkeit der einzelnen Teile ersichtlich.
Nun wird unser Board vom Platinenspezialisten „Fischer Leiterplatten“ produziert. Allerdings bedeutet dies nicht, dass die Platine fertig bestückt zugesendet wird. Kurzum gesagt: die finale Bestückung des Boards und somit auch die Lötarbeiten werden unter unsere Ägide fallen.
Dann können wir die Platine zum ersten Mal in Betrieb nehmen. Nach Erfahrungen des WM-Teams ist damit das Ende der Fahnenstange aber noch lange nicht erreicht, sprich: zahlreiche Nachjustierungen sind für ein tadelloses Funktionieren unumgänglich.

... während Albert langsam die Energiereserven für die weitere Planung des Robotes auszugehen scheinen.

Nachdem wir das Konzept in ein CAD-Modell übertragen hatten, konnte mit dem Bau des Prototypen begonnen werden. Da die Modifikationen sich in Grenzen hielten, konnten wir den Prototyp auf Basis des letztjährigen Roboters bauen. Dennoch nahm die Umrüstung auf die neuen Spezifikationen beträchtliche Zeit in Anspruch. Doch mit dem Resultat sind wir bisher sehr zufrieden. Ob der Prototyp sich wirklich bewährt, werden erste Tests zeigen. Dies erfolgt, sobald die Elektronik auf den neusten Stand nachgerüstet ist.

Neue Platine nimmt Gestalt an
Im September begannen wir, eine eigene Platine zu erstellen. Nun kommen wir dem Ende immer näher. Das wird aber auch Zeit, damit die restlichen Arbeiten in angemessenem Tempo weiter gehen können. Bei unserem Board sind wir mittlerweile beim Layout der Platine angekommen. D. h. wir bestimmen jetzt, welche Anordnung der Kompenenten am effizientesten ist, und wie wir sie am besten miteinander verknüpfen können. Dabei können wir auf das Knowhow des WM-Teams zurückgreifen. Das Ziel ist, die Platine nun so schnell wie möglich fertig zu stellen, damit sie bestellt und danach von uns bestückt werden kann. Dies wird in der Entwicklung des neuen Roboters einen grossen Schritt nach vorne bedeuten.

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.