Danmarks største konkurrence for robotter RoboCup Danmarks største konkurrence for robotter RoboCup Foto: Daniel Brøns

Tag med på Robocup på DTU

Written by  maj 22, 2016

Der er masser af spænding og fart over feltet, når DTU hvert forår afholder Danmarks største konkurrence for robotter RoboCup

Af Daniel Brøns

Der er faktisk ikke den store forskel på at opleve en konkurrence, hvor robotter dyster, eller en konkurrence, hvor mennesker, heste eller hunde kæmper som gjaldt det livet om en plads på podiet.
En hob af mennesker står og jubler omkring banen, der er fyldt op af fotografer, journalister og deltagere. Faktisk kan det være så svært at følge med, at DTU lader hele løbet optage på tv direkte transmitteret til en storskærm midt i løbsområdet, der delvist er placeret udenfor bygning 101 på DTU i Lyngby og delvist i bygningens forhal.
Når en robot sejrsikkert styrter af sted og præcist tager den ene forhindring efter den anden, så lyder de taktfaste klapsalver lige så entusiastiske, som var det en konkurrencehest, der elegant var sprunget over samtlige forhindringer. Publikum føler ligeledes med den stakkels deltager, hvis han pludselig må ind på banen og hente sin robot, der hjælpeløst kører i zigzag på gulvet, fordi den har mistet kontakten til sin livline – den hvide streg i gulvet, som den skal følge for at fastholde orienteringen under løbet.
Og engagementet er forståeligt. De fleste af tilskuerne er selv deltagere eller har været tæt på deltagerne, der for de flestes vedkommende har kæmpet en stor del af døgnets 24 timer de seneste 3-5 måneder for at komme med til RoboCup og bevise, at de har bygget Danmarks bedste selvstyrende robot. Frugten af anstrengelserne høstes, når de ser deres lille yndling fare af sted over banen for pligtskyldigt at rydde enhver forhindring af vejen.
De sidste 2-3 dage før løbet har deltagerne arbejdet i døgndrift på selve DTU, hvor pizza og cola har været hovedernæringen, mens de robotterne blev tilpasset de forhindringer, som konkurrenceledelsen havde fundet på. Forhindringerne er fyldigt beskrevet, men først i dagene op til konkurrencen er der mulighed for at teste, om robotterne kan overvinde udfordringerne i praksis.
Det giver den rene guldgraverstemning i dagene op til, hvor holdene kæmper desperat for at få deres lille stykke teknologi programmeret og tilpasset fysisk til at klare forhindringerne. Men som en af deltagerne siger:
- Der er en utrolig god stemning. Alle hjælper hinanden, og du kan altid finde én, der vil låne dig en tang, en skrue eller et stykke ståltråd.

Simple og svære udfordringer

Kampen for at tilpasse robotten varer i reglen helt frem til løbet starter. Så bliver banen lukket, og man må stole på, at den bedst tænkelige kode og den bedst tænkelige mekanik er på plads.
For at kunne deltage skal robotterne som minimum have en vis hastighed og kunne følge en markeret hvid linie i gulvet. Det kræver i princippet ikke andet end nogle få fotoceller og lidt elektronik, der samlet kan erhverves for få hundrede kroner. Mekanikken kan man skaffe fra en radiostyret bil, bygge selv – eller i visse tilfælde – låne det af DTU. Dermed kan det være en meget billig fornøjelse at deltage økonomisk, men i tidsforbrug bliver det straks værre.
De fleste hold opdager nemlig hurtigt, at lyssensorer ikke er gode nok til at følge striben i gulvet. Robotten løber nemlig straks ind i problemer, når der kommer kraftigt sollys på gulvet, ligesom revnerne i gulvet kan genere. Derfor er det bedre at bygge et kredsløb, der også anvender dioder, der kaster lys ned mod gulvet. Lyssensorerne skal så kun reagere på tilbagekastet lys fra dioderne, og det forhindrer falsk lys i at få en finger med i spillet. Har man dertil tilføjet en algoritme, der hurtigt nok kan reagere på krumningerne og sende besked til at dreje på rette sted, vil robotten kunne nå i mål.

Udfordringer ligger til venstre

Desværre er hastighed bare ikke nok til at vinde konkurrencen. På årets konkurrence på DTU var den hurtigste robot udtænkt af studerende på TEC på Frederiksberg. Den klarede ikke at komme med blandt de 10 bedste, der gik videre til finalen. Deres HajTEC kørte nemlig udelukkende ad den lette bane med banens forgrening i den højre side. Dermed gik de glip af de sværere forhindringer som ligger i banens venstre side. De omfatter blandt andet at køre et stykke uden følgeline, at åbne en låge og lignende. For at kunne køre uden følgeline skal robotten nøje tælle hjulets omdrejninger, så den ved, hvor den befinder sig. Og for at kunne åbne porten, skal den være udstyret med en krog, som kan bruges til at trække porten op med. Herefter gælder det så om at komme hurtigt igennem, inden lågen lukker igen.
Endelig giver det gode points at tage trappen ned i stedet for blot at følge den skrå rampe ned mod målområdet. En konkret mekanisk udfordring, der ikke kan gøres meget ved, hvis man ganske enkelt er udstyret med for små hjul. Kan robotten køre igennem portene, er der ingen andre krav til bilens fysiske udformning. Derfor deltog også en del robotter, som ikke havde fysikken til at kaste sig ned ad trappetrin. Den bedst udrustede til at løse opgaven var klart robotten ”Demolition Crew”, der med 6 kæmpe hjul klarede opgave bedre end deltagere med 4 hjul eller larvefødder.

Mekanik og elektronik skal være i top

4 hjul rakte dog til sejr for årets vinderobot Wild Willy, der var bygget af en studerende på DTU, der tog hele 14 porte, hvilket var det maksimalt opnåelige. Prisen var på 4000 kroner plus en særlig DTU pris på 1000 kroner for den bedste DTU robot. Selv med en slunken SU som indtægt er det derfor næppe timelønnen, der trækker de studerende, men derimod udsigten til at få et rigtigt godt eksamensprojekt igennem. Det har trukket flere og flere deltagere til siden løbet første gang blev afholdt i 1997. I år deltog hele 30 hold i konkurrencen, heriblandt for første gang et enkelt hold fra Sverige, der med robotten SWEEPR vandt kvalifikationsrunden, der blev afholdt to dage inden løbet.

************************

Åben for alle
RoboCup er en konkurrence, der er åben for alle, der har lyst til at deltage. Yderligere information kan fås på http://www.robocup.dtu.dk

*
***********************

Lærlinge skabte løbets hurtigste robot

David Nielsen og Mette Nilsen er begge elektronikmekanikere og er nu i gang med overbygningen til elektronikteknologer – en toårig uddannelse på TEC på Frederiksberg. De har sammen valgt at skabe en robot som deres afgangsprojekt. Målet med robotten HajTEC skulle primært være at skabe en ekstremt hurtig robot, der kunne følge linien uden at blive forstyrret af falsk lys, revner i fliserne med videre.
Det lykkedes over al forventning med robotten, der målrettet styrtede af sted under gennemløbet og som banens hurtigste nåede i mål på bare 45 sekunder. Desværre rakte det dog kun til en 12. plads ud af 24 mulige, idet det i løbet vejer tungere at tage de lidt sværere forhindringer i den venstre del af banen.
Det har taget David Nielsen og Mette Nielsen tre måneders arbejde, hvor de har arbejdet næsten uafbrudt med projektet. En af de store udfordringer var, at deres første udgaver af HajTEC ikke kunne følge den hvide streg på gulvet sikkert nok. Derfor skiftede holdet til en teknik, der ikke blot læser stregen, men som lyser på stregen med dioder og kun måler på tilbagekastet lys. Det har den fordel, at falsk sollys ikke kan forstyrre robottens fremfærd, selv ved anvendelse af den maksimale hastighed på én meter i sekundet.
Holdet har selv bygget såvel strømforsyning som motorstyring og skannersystemet. Den høje hastighed kræver en meget effektiv dataafvikling. Derfor anvendes to effektive Siemens processorer af typen 80535 – en processor, der er meget almindelig i industrielle anlæg og derfor en model, som David Nielsen og Mette Nielsen kendte til fra deres uddannelse. Programmeringen er sket i C, der er blevet kompileret af det ikke særligt udbredte System 51.
- Vi ville gerne have gjort mere ud af at klare andre forhindringer, men det var der simpelthen ikke tid til. Men jeg vil ikke udelukke, at jeg vil bygge den om og deltage med en forbedret udgave, siger David Nielsen, der har været i lære i virksomheden Instrumeter.
Begge er de meget stolte af deres HajTEC, som de har bygget uden anden hjælp end nogle få samtaler med deres vejleder på skolen. Udgifterne er løbet op i omkring 3000 kroner, men projektet kunne have blevet væsentligt dyrere, hvis det ikke var lykkedes at få fat i visse dele fra en udrangeret fjernstyret bil, såsom affjedring samt en servo til styring af rat. Motoren kontrolleres ved hjælp af PWM. Nu mangler holdet så bare at beskrive projektet, så de kan bestå deres afgangsprojekt.

Billedtekst: Mette Nielsen og David Nielsen har bygget en model, der med kraftige baghjul accelererer godt. Samtidig er evnen til at genkende banen skudsikker.


Beobot gør det sjovere at være lærling

De to elektronikfagtekniker-lærlinge Nikolai Beier og Jesper Kjær har med deres Beobot skabt et nyt projekt, der skal gøre det sjovere at være lærling på B&O.
- Som lærling i en udviklingsafdeling kan der godt komme perioder, hvor der ikke er ret meget at lave, og så lærer man jo mere ved at bygge på en robot, end ved at sidde og kigge ud i luften, siger Jesper Kjær, der sammen med Nikolai Beier for halvandet år siden fik idéen til projektet, der er skabt for at give lærlingene deres eget projekt, som de kan arbejde på i ledige perioder.
Elektroniklærlingene har lavet det meste selv, men har fået assistance fra lærlinge i andre afdelinger, som har leveret de mekaniske dele og taget sig af arbejdet med at producere de printkort, som Nicolai og Jesper har designet.
Den største udfordring ved Beobot har været at skabe et præcist motorkredsløb, som styrer baghjulene med stor nøjagtighed. Beobot har nemlig intet rat, og forhjulene er lige så hjælpeløse som hjulene på en indkøbsvogn.
Da holdet dukkede op ved DTU et par dage før løbet, viste det sig desuden, at modellen havde svært ved at håndtere banens forgreninger, når banen delte sig i flere spor. Det krævede derfor hårdt programmeringsarbejde næsten uafbrudt for at få den gjort klar.
- Desværre så opdagede vi også, at den freeware, som vi brugte til programmeringen, ikke var rigtig freeware, da den pludselig ikke ville lade os lave programmet større. Så var i nødt til afholde os fra at skrive kode til alle forhindringerne, fortæller Nikolai Beier, der indrømmer, at meget kan forbedres på modellen.
En anden udfordring var processoren, der var en type PIC 16F873, som holdet havde fået anbefalet.
- Den er rimeligt enkel at programmere med C og den er god til styring af hardware, men desværre viste det sig, at den havde for begrænset intern hardware og for få ben, forklarer Jesper Kjær, der først opdagede begrænsningerne for sent i forløbet.
Endelig var den indbyggede motor og gearkasse fra et BeoSound 9000 ikke den bedste til formålet, mener Jesper Kjær, der klart ville foretrække et hurtigere system en anden gang. Kun to andre robotter over målstregen var langsommere end Beobot, der brugte to minutter og 14 sekunder på at komme i mål.
Både Nikolai og Jesper er dog glade for deres 11. plads, der klart er ekstremt positiv, når man tænker på de mange udfordringer, som holdet havde. Når de begge er færdigudlært går robotten i arv til kommende B&O lærlinge, der kan luge ud i unoderne og forbedre modellen til næste år. 

LEGO robotten strejkede i første forsøg

Et helt almindeligt LEGO Mindstorms system kan udmærket bruges til styring af en robot, i hvert tilfælde hvis man er lidt fiks på fingrene til at få knækket systemets begrænsninger. Det erfarede holdet bag robotten DuploBot, der desværre havde så store startproblemer, at den måtte bevise sit værd i en trøsterunde.
- Det er virkelig ærgerligt, men systemet har simpelthen bare jammet på det mest uheldige tidspunkt, siger Søren Kristiansen, der er filosofistuderende på Københavns Universitet og som er med på et robotkursusus på datalogi sammen med de datalogistuderende Tim Andersen og Rune Wiinberg. Et semesterkursus, som de har meget glæde af i deres forholdsvis teoretiske uddannelse.
- Vi datalogistuderende er ikke så rutinerede med brugen af mekanisk IT, så det er en rigtig god øvelse for os at være med på kurset, siger Tim Andersen, der sammen med to andre stort set selv har styret deres kursusforløb, der skal munde ud i en rapport.
Umiddelbart har de taget fat i en forholdsvis enkel konstruktion med de mekaniske dele samt motorer konstrueret af LEGO, der i sit Mindstorms sæt leverer grundmaterialet til at bygge en selvstyrende robot. LEGO anvender en Hitachi processor, som LEGO har indbygget til at styre op til op til 3 mekaniske enheder. Det er dog alt for lidt i den avancerede konstruktion, som DuploBot har brug for, ikke mindst fordi den skal have information fra 5 lyssensorer til at se stregen i gulvet.
Det har nødvendiggjort tilføjelsen af en multiplexer, der skifter mellem de forskellige sensorer, der måles på. Duplexoren er så tilsluttet den ene udgang på Selve Mindstorms processoren.
LEGOs eget udviklingssystem har også været for begrænset til at kunne løse de avancerede opgave i løbet, så holdet har anvendt det meget kendte Open Software produkt BrickOS, der typisk anvendes af dem, der vil mere end det basale med LEGO Mindstorms. For at få mest ud af processoren har holdet oven i købet modificeret BrickOS, så den kunne programmeres i Assembler i stedet for C. Det meste blev naturligvis skrevet i C, men assembler-tilretningerne var nødvendige for at kunne konstruere et program til styring af en servo. En basal funktion, der ikke findes i BrickOS, men som var essentiel for at kunne bygge en model med præcis servostyring på hjulene. Her giver LEGOs udviklingssystem kun mulighed for 3 indstillinger: Ligeud, til højre og til venstre. Men ingen varianter derimellem. Derfor måtte holdet anskaffe sin egen servo fra en fjernstyret bil og tilføje den til deres DuploBot.
Alt i alt fungerer DuploBot ganske udmærket, men der er stadig et stykke vej til sejren, mener Søren Kristiansen, der er motiveret til at forbedre robotten og deltage en anden gang.
- Vores teknik til at finde stregen er alt for lysfølsom, og stabiliteten er ikke god nok. Men der er bestemt basis for at klare sig bedre til næste år, siger Søren Kristiansen.

 

  • Deadline Press
  • Last modified on mandag, 23 oktober 2017 03:08
    Daniel Brøns

    Daniel Brøns er uddannet journalist og IT-systemudvikler og har i en årrække arbejdet med forskning, viden, teknologi og uddannelse. Gennem tiden har han blandt andet skrevet for uddannelsessektoren, Illustreret Videnskab, PC World, de danske IT-fagforeninger, Microsoft, Sony og GN Netcom. Kommunikation og rådgivning er en væsentlig del af hans virke.

    Best rated