Bits&Chips

Teamdare kiest voor slimme inzet van eenvoudige techniek

11 september 2006 

De deelnemers van de Eurobot-competitie krijgen elk jaar een nieuwe opdracht voor hun kiezen en beginnen dus steeds met een schone lei. Teamdare uit Eindhoven deed dit jaar voor de derde keer mee en eindigde op de tweede positie. Belangrijkste succesfactor: maak het niet ingewikkelder dan nodig.

In juni verzamelden zich rond de vijftig robots in Sicilië op het Eurobot-festival om funny golf te spelen. Twee robots op een speelveld van twee bij drie meter moeten gedurende 90 seconden ballen oprapen en in gekleurde gaten stoppen. Een witte bal in hun eigen kleur levert punten op. De robots kunnen elkaar ook hinderen door zwarte ballen in elkaars gaten te doen of daaruit ballen te verwijderen. Het team RCVA van de Universiteit Parijs-Nanterre bleek hier het behendigst in te zijn, maar de tweede plaats was weggelegd voor Teamdare, de enige Nederlandse inzending. De ploeg bestaat uit negen afstudeerders of afgestudeerden en een promovendus van de TU Eindhoven. ’Maar we zijn niet meer officieel aan de universiteit verbonden‘, vertelt Heico Sandee van Teamdare. ’Die faciliteert ons alleen met onderdak en bouwfaciliteiten, wij regelen de financiering zelf.‘

De robot waar het team dit jaar mee speelde is ongeveer 30 centimeter lang, breed en hoog. Het apparaat heeft een aantal eenvoudige sensoren om zijn omgeving waar te nemen. Het is kenmerkend voor de filosofie van Teamdare: gebruik simpele sensoren slim in plaats van slimme sensoren dom. Het detecteren van de gaten gaat via kleurensensoren onderop de robot. ’Dit is een rij kleurenledjes die om en om rood en blauw licht uitzenden‘, legt Sandee uit. ’De robot meet vervolgens de intensiteit van het gereflecteerde licht.‘ Voor het bijhouden van zijn positie in het speelveld gebruikt de robot wiel-encoders. Een nadeel hiervan is dat de onzekerheid over de positie toeneemt met de tijd. Vanwege de korte wedstrijdduur blijft dit echter binnen de perken. ’Na negentig seconden heb je een nauwkeurigheid van een centimeter of tien over, terwijl onze robot een bereik van twintig centimeter heeft om een bal te putten‘, zegt Sandee. Daarvoor gebruikt de robot een schuifmechanisme dat de bal exact boven het gat positioneert.

Opvallend is dat de robot geen camera heeft, in tegenstelling tot veel andere teams. Sandee: ’Bij andere robots zie je dat de ontwerpers er heel ingewikkelde dingen op zetten, bijvoorbeeld een camera om heel de omgeving vast te leggen, terwijl ze vaak alleen de afstand tot een object willen weten. Daar zijn veel eenvoudigere methoden voor.‘ Een veelvoorkomend probleem bij beeldherkenning is dat de lichtomstandigheden sterk kunnen wisselen. Tijdens wedstrijden zijn de speelvelden fel verlicht om televisieopnames te kunnen maken, en de camera‘s zijn daar niet op gekalibreerd.

Passief

Het streven om dingen niet nodeloos ingewikkeld te maken is ook terug te zien in de mechanica van de robot, bijvoorbeeld voor het verwijderen van ’vijandelijke‘ balletjes uit de gaten. ’Je kunt een mechanisme ontwerpen met een armpje om het balletje uit het gat te halen, maar dan heb je gelijk twee of drie motortjes en een sensor nodig‘, zegt Sandee. ’Wij hebben een soort van bezemconstructie gemaakt met pinnetjes die precies om een bal heen grijpen. Dat is een hartstikke passief mechanisme, maar je zag de balletjes uit de gaten schieten.‘

Het aansturingsysteem is opgebouwd in twee lagen. De onderste laag bestaat uit 8 bit microcontrollers die de motoren aansturen en de sensoren uitlezen. Deze communiceren via USB met een centrale computer die de strategie bepaalt. ’Dit is het eerste jaar dat we dat hebben toegepast‘, zegt Sandee. ’Voorgaande jaren was alles op microcontrollers gebaseerd en waren het geheugen en de rekencapaciteit steeds beperkend. Maar nu hadden we er twee goede software-engineers bij.‘ Voor het geval dat deze experimentele strategie niet goed uit zou pakken hadden de robotbouwers er wel voor gezorgd dat alle PCB‘s direct met elkaar konden communiceren. Zo konden ze eventueel op de microcontrollers terugvallen. De motorcontroller kan zelfstandig naar een specifieke positie in het veld rijden, zodat de strategieplanner zich niet bezig hoeft te houden met motorvoltages of wielomwentelingen. ’Achter de regulering zit ook een stuk diepere wiskunde, waarmee formeel bewezen is dat de methode juist is‘, zegt Sandee

Robot Wars

Het brein van de robot is een Linksys NSLU2, een apparaat om USB-harddisks aan een netwerk te koppelen. De NSLU2 heeft een 266 MHz XScale-processor aan boord. ’Dit lijkt misschien een vreemde keuze, maar dit apparaat wordt veel in de open source-gemeenschap gebruikt‘, zegt Sandee. ’Het is klein, heeft een laag vermogen, en je kunt er in korte tijd een Linux-distributie op zetten.‘ De robotbouwers schreven hiervoor zelf de gehele aansturingsoftware tot en met de USB-drivers aan toe.

Het team koos voor een strategie waarbij de robot voortdurend de meest geschikte actie kiest uit een groot aantal voorgeprogrammeerde routes. ’Op het moment dat de robot een tegenstander tegenkwam, koos hij een ander doel. Zonder tegenstander zou hij steeds hetzelfde rondje doen‘, vertelt Sandee. ’De meeste robots hebben een vaststaande strategie met een afwijkingsmanoeuvre erin. Als ze tegen een tegenstander opbotsen gaan ze vaak slechter presteren.‘

Teamdare begon in 2001 als een ploeg van dertien TUE-afstudeerders die meededen met Eurobot. Een gedeelte van hen besloot vervolgens om door te gaan robots bouwen, en in 2003 deden ze mee met de Nederlandse competitie van Robot Wars. ’Dat was heel gaaf om te doen, je kijkt dan naar hele andere facetten‘, zegt Sandee. ’Daar had je ineens een robot van honderd kilo die heel robuust moet zijn. Als je een harde klap krijgt moeten je elektrische schakelingen het blijven doen of je moet back-ups aan boord hebben.‘ Een nadeel van deze competitie was dat de robots niet autonoom waren. ’We hadden in de regels gekeken of dat wel op sommige stukken kon, maar helaas was dat nergens mogelijk. Bovendien heb je dan hele robuuste sensoren nodig.‘

In 2004 besloot Teamdare om weer mee te doen met Eurobot, met een plaats in de kwartfinale het jaar daarop als resultaat. ’Eén van de dingen die Eurobot zo leuk maken is dat het elk jaar anders is‘, zegt Sandee. ’Bij competities als robotvoetbal bouwen de teams elk jaar een stukje verder op hun bestaande robot. Nieuwkomers hebben het daarom erg moeilijk en moeten gelijk veel expertise inbrengen. Hier moet iedereen het binnen een half jaar doen.‘ Op enkele softwareonderdelen na is de robot daarom geheel nieuw ontworpen. ’Mechanisch bouw je je robot elk jaar compleet nieuw op. Elektronisch zie je dat we ook de PCB‘s steeds weer opnieuw maken, omdat het heel compact moet zijn.‘

Of het team volgend jaar weer mee doet is nog de vraag. ’Je bent er echt veel tijd aan kwijt dus je moet er wel voor kunnen gaan. De laatste twee maanden voor de wedstrijd ben je er wel een weekenddag plus twee avonden per week per persoon aan kwijt. De laatste twee weken voor de wedstrijd nemen we wat dagen vrij en gaan er ook nog wat nachtjes in zitten‘, aldus Sandee.

Abonneer direct op onze nieuwsbrief

abonneren

Time management in innovation

2 oktober - 1 november

Eindhoven

Advanced motion control

5 november - 11 november

Eindhoven