Wettbewerbsbericht RobotChallenge 2012: Dritter Rang für Helveticrobot

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.

März 2012, Challengeteam: Letzte Vorbereitungen für die EM

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.

Februar 2012, Challengeteam: CNC-Fräsen und Farbsensor

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.

Januar 2012, Challengeteam: Letzte Tests vor Baubeginn

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.

November 2011, Challengeteam: Prototyp gebaut

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.

Oktober 2011, Challengeteam: Fehleranalyse und neue Platine

Bereits kurze Zeit nach unserem unglücklichen Ausscheiden in der Gruppenphase an der RobotChallenge 2011 fassten wir den Beschluss, dass wir mit einer stark modifizierten Weiterentwicklung auf Basis des diesjährigen Puck Collect-Roboters nächstes Jahr wieder antreten werden.

Fehleranalyse
Zunächst galt es die Schwachpunkte unseres Roboters in Augenschein zu nehmen. Diese lagen vor allem im Bereich der Puck- und Gegnererkennung, welche durch eine zu hohe Fehlerquote negativ auffielen. Des Weiteren war die Navigationsstrategie nicht ausgeklügelt genug, um die Pucks möglichst effizient einzusammeln.
Auch auf Seiten der Mechanik gibt es einiges zu optimieren: der Sortiermechanismus agierte deutlich zu langsam, und die Pucks hatten in den Kurven eine gewisse Tendenz, den Trichter wieder zu verlassen. Zudem war die Fahrgeschwindigkeit im Vergleich zur Konkurrenz zu tief, deren Schwächen in der Navigation wurde durch ein horrendes Tempo mehr als wettgemacht.

Puckerkennung und Navigation
Für die Puckerkennung werden neue, bessere Sensoren benötigt. Ein Test mit Phototransistoren verlief enttäuschend, die Differenz der erhaltenen Werte zwischen roten und blauen Pucks ist viel zu klein und daher unbrauchbar. Die Suche nach geeigneten Sensoren geht also weiter.
Der grösste Pferdefuss im Navigationskonzept war das Randabfahren, welches im Verhältnis zur Ausbeute zu viel Zeit in Anspruch nahm. Darum sieht die erste Variante der neuen Navigation ein schlangenlinienförmiges Befahren des Spielfelds vor, welches im Wesentlichen der alten Navigation entspricht, eben ohne das Randabfahren.
Die weiteren Varianten versuchen mit diagonalem oder schleifenförmigem Befahren des Spielfeldes die Effizienz nochmals zu steigern, sie sind jedoch schwieriger zu realisieren. Positionsbestimmung ist da gefragt, Möglichkeiten wären Maussensoren oder Berechnung durch die Raddrehzalen.

Mechanik
Das Chassis hat sich bewährt, daher wird es nur in Details einer Auffrischungskur unterzogen. Erwähnenswert ist der Vorhang, der an der Front befestigt wird und für Abdunkelung und Abschliessung gegen aussen sorgt. Damit können keine Pucks verloren gehen, unterschiedliche Lichtverhältnisse haben keinen Einfluss auf die Farbsensoren. Apropos Lichteinflüsse: der neue Roboter besteht aus lichtundurchlässigem Acrylglas, für die seitliche Abdunkelung sorgen Streifen aus dem gut bearbeitbarem, flexiblem Polystyrol.
Der Sortiermechanismus wurde grundlegend verändert. Er besteht nun aus einem drehbaren Durchgang, welcher erhöhte Sortiertempi erhoffen lässt. Ein erster Test wird es zeigen.
Für höhere Fahrtempi genügen voraussichtlich Veränderungen in der Programmierung. Die Geschwindigkeit muss aber auch immer im Einklang mit der Fahrpräzision sein.

Neue Platine
Dieses Jahr wird die Platine, über die alle Funktionen des Roboters gesteuert werden, von uns entwickelt. Zuerst wurden wir vom fachkundigen Passivmitglied Gian Claudio in die Welt des Platinendesigns eingeführt.
Mit unserem neuen Wissen konnten wir uns an die Arbeit machen. Es galt nun einen Schaltplan am PC zu zeichnen, in dem ersichtlich wird, welche Eigenschaften die Platine zu erfüllen hat.
Im nächsten Schritt wird alles miteinander verbunden und die Spannungsleitungen gelegt, ebenfalls am PC. Das Computermodell wird an einen Platinenhersteller eingeschickt und für uns gefertigt.
Die Platine ist vollständig auf unsere Bedürfnisse abgestimmt, da wir sie selbst gezeichnet haben. Zudem ist es für unsere Elektroniker eine gute Gelegenheit, weitere grundlegende Erfahrungen im Bereich der Roboter-Elektronik zu sammeln.