Freestyle Pomidor 1.5 robot typu Ketchup House

[rusin]

Idąc za ciosem, tym razem chciałem przedstawić (najprawdopodobniej) pierwszego na tym forum robota klasy Ketchup House. W pracach nad jego stworzeniem brało udział 5 członków Koła Naukowego Robotyków.

Nazwa

Nazwa Pomidor wydaje się być dość zrozumiała z uwagi na nazwę konkurencji w której startuje, jednak numeracja już niekoniecznie Otóż bezpośrednim protoplastą tego robota jest robot Pomidor (1).

Robot miał parę błędów konstrukcyjnych, które powodowały, że nie spisywał się najlepiej. W związku z tym podjęliśmy decyzję o zrobieniu dużo bardziej zaawansowanego robota – Pomidora 2. Jednak na jakiś czas przed zawodami stwierdziliśmy, że nie zdążymy wykonać go w wymarzonej przez nas formie, więc powstał robot będący hybrydą tych dwóch podejść – Pomidor 1.5. Konstrukcja okazała się na tyle udana, że na jej podstawie powstała kolejna generacja robota – Pomidor 1.6 (o której będzie zapewne w kolejnym poście).

Zawody Ketchup House

Ponieważ jest to dość egzotyczna kategoria (przynajmniej w Polsce), pozwolę sobie ją najpierw krótko opisać. Moim zdaniem, Ketchup House jest zdecydowanie najbardziej nieprzewidywalną i widowiskową konkurencją odbywającą się na zawodach konstruktorskich.

W każdej, trwającej 3 minuty rozgrywce udział biorą 2 roboty. Polem ich zmagań jest biała, kwadratowa plansza o wymiarach min. 1,8x1,8m. Na planszy znajduje się 10 czarnych linii (5 poziomych i 5 pionowych) o szerokości 12mm, tworząc kwadrat o wymiarach 1,2x1,2m, podzielony na 16 mniejszych kwadratów o wymiarach 0,3x0,3m.

Na skrzyżowaniach umieszczane są puszki z tytułowym keczupem. Są to typowe stalowe puszki o średnicy 53 mm, wysokości 74 mm i masie ok. 163 g.

W każdej, trwającej 3 minuty potyczce biorą udział 2 roboty. Ich zadaniem jest przemieszczenie puszek na swoją linię „domową”. Na początku rozgrywki na planszy znajduje się 5 puszek. 2 z nich, zaznaczone na zielono, znajdują się w ustalonych pozycjach (skrzyżowania C2 oraz C4). Położenie 3 pozostałych puszek jest losowane tuż przed rozpoczęciem pojedynku.

Aby zrównoważyć szanse robotów na zwycięstwo, każda z dolosowywanych puszek musi się znaleźć na innej z linii B, C, D.

Na początku pojedynku roboty są umieszczane w pozycjach A3 oraz E3. Na znak sędziego roboty są uruchamiane. Od tej pory, aż do zakończenia pojedynku nie ma możliwości ingerencji w ich działanie. Jeżeli podczas rozgrywki robot poruszy jedną z puszek w wylosowanej pozycji, to na jej miejsce dostawiana jest kolejna. Dostawienie następuje po przejechaniu przez robota do następnego skrzyżowania. W trakcie jednego pojedynku na planszy może się pojawić łącznie do 12 puszek.

Istnieje zupełna dowolność w sposobie przemieszczania i odstawiania puszek. Nie ma także ograniczeń co do sposobu poruszania się po planszy – roboty mogą poruszać się po wyznaczonych liniach, ale nie muszą. Przypadkowe zderzenia na ogół nie są karane, jednak niezgodne z zasadami jest zamierzone „dążenie do zderzenia” (np. wypychanie poza planszę). Roboty powinny wykrywać i omijać przeciwnika. Po upływie 3 minut następuje zakończenie potyczki. Roboty (jeżeli zachodzi taka potrzeba) są zatrzymywane. Za każdą puszkę dotykającą linii bazowej przyznawany jest 1 punkt. (Na rysunku poniżej przykładowa sytuacja na koniec pojedynku, zakończona wynikiem 5-4 na korzyść robota 2 (niebieskiego)).

Mechanika

Po tym dość przydługim wstępie, teraz parę słów o samej konstrukcji. Bazę robota stanowią dwie płyty laminatu szklano-epoksydowego. Obie płytki stanowią dwojaką rolę - po pierwsze są to bazowe komponenty, do których montowane są wszystkie pozostałe części, po drugie zaś - rozmieszczone są na nich wszystkie połączenia elektryczne. Obie płyty mają kształt prostokąta o wymiarach 200x190 mm, w którym wycięto V-kształtne wycięcie. Płyty są ze sobą skręcone za pomocą mosiężnych dystansów.

Układ napędowy stanowią dwa silniki POLOLU z przekładnią 298:1. Wcześniej stosowaliśmy silniki o dużo mniejszym przełożeniu, jednak podczas naszych pierwszych zawodów okazało się, że jazda ze zbyt dużą prędkością jest nieopłacalna – podczas zderzeń sędzia zawsze uznawał, że to nasza wina, gdyż jechaliśmy z dużo wyższą prędkością (poza tym zastosowanie tak dużego przełożenia pozwoliło nam na uzyskanie większej dokładności enkoderów). Koła podporowe (Kastora) oraz koła napędowe także pochodzą od POLOLU – zostały wybrane głównie ze względu na odpowiedni rozmiar.

Do unieruchamiania puszki wykorzystujemy ramkę napędzaną serwomechanizmem. Aby mieć możliwość dokładnego sterowania oraz monitoringu siły, zdecydowaliśmy się na Dynamixela AX-12A (duży wpływ na to miał także fakt, że akurat taki posiadaliśmy w schedzie po starszym projekcie )

Na zawodach zaobserwowaliśmy, że ze względu na wystające kółka czasami robotowi zdarza się zakleszczyć (np. o puszkę) aby uniknąć takich sytuacji wydrukowaliśmy osłonę okalającą całego robota.

Elektronika

Schemat ideowy całego układu elektronicznego można zobaczyć na rysunku poniżej:

Mózgiem robota jest STM32F100RB, będący częścią zestawu STM32 Discovery VL. Zdecydowaliśmy się na takie rozwiązanie, aby móc podczas zawodów zmieniać szybko algorytm pomiędzy potyczkami i mieć możliwość jego szybkiego wymienienia w razie awarii.

Jak można zaobserwować na rysunku robot jest wyposażony w dużą ilość czujników. Zdecydowanie najważniejszymi z punktu widzenia algorytmu sterowania są czujniki odbiciowe. Jest ich aż 17 (na dolnej płytce) ich rozmieszczenie można zaobserwować na rys. poniżej. Aby móc dopasowywać się do różnych plansz, układ wyposażono w komparatory oraz potencjometr, które pozwalają na ustawienie poziomu, od którego wykrywana jest czerń.

KTiRy można przyporządkować do 3 grup. Czujniki oznaczone numerami 4-11, znajdujące się w przedniej części robota, są wykorzystywane w algorytmie jako źródło danych regulatora sterującego jazdą po prostych, a także (w mniejszym stopniu) do wspomagania obrotu. Czujniki w przednich rogach płytki (odpowiednio 11 i 12 oraz 13 i 14) były wykorzystywane przy dowożeniu puszek - do dokładnego pozycjonowania puszek na linii oraz jako czujniki awaryjne podczas jazdy po prostej. Transoptory po bokach (15, 16 i 17 oraz 18, 19 i 20) umożliwiają wykrycie dojazdu do skrzyżowania oraz są głównymi sensorami wykorzystywanymi w algorytmie obrotu.

W toku testowania okazało się, że bardzo przydatne byłyby dodatkowe czujniki, które umożliwiłyby jazdę po linii do tyłu. Aby nie wytrawiać całej płytki od nowa, wykonano dodatkową tylną płytkę, na której znajdują się 3 czujniki (o numerach 1-3)

Kolejnymi ważnymi czujnikami były enkodery. Na początku stosowaliśmy enkodery optoelektryczne, które do poprawnego działania wymagały zastosowania komparatorów oraz przejścia żmudnego procesu kalibracji (dla każdego z KTiRów z osobna dobieraliśmy nastawy potencjometru). Jednak gdy tylko pojawiły się enkodery magnetyczne dla silników POLOLU, nasze problemy odeszły do lamusa. (Dla porównania – sygnał z enkoderów optoelektrycznych oraz z magnetycznych)

Poza tym stosowaliśmy czujniki odległości – do wykrywania puszki oraz do wykrywania przeciwników na planszy. Aby uniknąć cross-talku do jednego zadania wykorzystaliśmy analogowe czujniki SHARP (4-30) a do drugiego czujniki ultradźwiękowe. Aby ustawić odpowiedni kąt czujników ultradźwiękowych – tak, aby wykrywały jedynie przeciwnika, a nie puszkę, zaprojektowaliśmy specjalne mocowanie, umożliwiające modyfikację ich kąta nachylenia.

Dla ciekawskich, poniżej są schematy:

Na koniec, tradycyjnie, krótki filmik pokazujący działanie robota:

[ Dodano: 28-03-2016, 22:01 ]

Nie chcąc przedłużać i tak przydługiego już posta, o algorytmie będzie nieco więcej przy okazji opisu robota Pomidor 1.6.

[deshipu]

Pierwszy raz słyszę o tej konkurencji, ale bardzo mi się ona podoba! Wydaje się wystarczająco prosta, żeby łatwo zbudować coś działającego, ale wystarczająco złożona, żeby można było dużo ugrać byciem "sprytnym". No i wydaje się, że jeszcze nie ma jednego jedynego najlepszego rozwiązania, które by większość graczy wybierała, bo się sprawdza -- tak jak w innych konkurencjach.

Robot wygląda bardzo solidnie. Trochę mnie przeraża liczba czujników -- no ale chyba niestety to jest niezbędne żeby cokolwiek zdziałać w "świecie rzeczywistym".

[Mechano]

Ja mam pytanie ap ropo samej konkurencji.

Czy można naraz przesuwać więcej niż jedną puszkę? Żeby zrobić jeden przejazd i zgarnąć kilka puszek

Super robot i mi też się podoba ta konkurencja

[rusin]

Ja mam pytanie ap ropo samej konkurencji.

Czy można naraz przesuwać więcej niż jedną puszkę? Żeby zrobić jeden przejazd i zgarnąć kilka puszek

Super robot i mi też się podoba ta konkurencja

Tak, oczywiście że można. W pierwszej wersji naszego robota zakładaliśmy że będziemy zbierać 3 puszki na raz.

[Chumanista]

Czy wasz robot zapamiętuje gdzie pojawiają się puszki czy szuka ich za każdym przejazdem?

[Treker (Damian Szymański)]

rusin, super konstrukcja, gratulacje i dzięki, że poświęciliście czas na opis

Zawsze na zawodach traktowałem tę konkurencję jako ciekawostkę, nigdy się w nią nie zagłębiałem, a wygląda na to, że naprawdę może być ciekawie!

[rusin]

Czy wasz robot zapamiętuje gdzie pojawiają się puszki czy szuka ich za każdym przejazdem?

Tak, zapamiętuje. Ale o tym już więcej będzie następnym razem.