RobonAUT 2010 Versenyleírás és szabályzat V 1.2 (2010. január 6)
A verseny célja A 2009/2010-es tanév ıszi félévében elıször kerül megrendezésre a RobonAUT robotverseny a BME Automatizálási és Alkalmazott Informatikai Tanszékének (AAIT) gondozásában. Célunk, hogy hallgatóinknak órarenden kívüli lehetıséget biztosítsunk arra, hogy az elméletben tanultakat a gyakorlatba átültetve kipróbálják magukat eljövendı szakmájukban, összemérjék tudásukat és elszántságukat, és ráadásul mindeközben jól szórakozzanak. A RobonAUT versenyben önállóan mőködı (autonóm) robotjármővek és készítıik vesznek részt. A robot feladata, hogy emberi beavatkozás nélkül, minél rövidebb idı alatt végigjusson egy akadálypályán, a lehetı legtöbb részfeladatot teljesítve útja során. A RobonAUT tulajdonképpen egy egész szemeszteren végighúzódó hallgatói projekt. A félév során a résztvevık folyamatos munkájára van szükség ahhoz, hogy a vizsgaidıszakban megrendezett versenyen sikert érjenek el. Az lesz a gyıztes, aki a legkifinomultabban mőködı, gyors és pontos irányítással szereli fel robotját, és így a legtöbb pontot szerzi a mindent eldöntı futamokon. A legjobbak eredményét erkölcsi siker és a tanulmányi teljesítménybe való beszámítás is honorálja. A kiemelkedı teljesítmények TDK dolgozatként vagy publikációként is benyújthatók. Résztvevık A robotverseny az AAIT által oktatott Robotirányítás rendszertechnikája címő tantárgyhoz kapcsolódik a legszorosabban, amely a villamosmérnöki MSc képzés Számítógép-alapú rendszerek szakirányának egyik tantárgya. A résztvevık elsısorban a tantárgy hallgatói közül kerülnek ki. A versenyre csapatok nevezhetnek az ıszi félévben induló tantárgy elsı oktatási hetében. Csapatonként egy robotot kell készíteni. A csapatok létszáma 2 vagy 3 fı lehet. Eszközök A versenyt gondozó tanszék eszköz- és anyagi támogatást nyújt a résztvevı csapatoknak. Ez magában foglalja a legfontosabb részegységek, építıelemek beszerzését, a tanszéki laborok használatának lehetıségét, valamint adott mértékig a felmerülı gyártási és alkatrészköltségeket. A tanszék által biztosított eszközök: 1 db lánctalpas rakodó modell. Rádió-távirányítású, billenthetı kanalas rakodó modell, amely megfelelı átalakítások után a robot mechanikai platformjaként szolgál. 1 db processzorkártya. Az ST Microelectronics által gyártott STM32 comstick fejlesztıkártya, amely egy ARM Cortex-M3 processzormaggal rendelkezı mikrokontrollert és számos bıvítési lehetıséget tartalmaz. A csomag része egy integrált fejlesztıkörnyezet, C fordítóval és a mikrokontroller perifériáinak kezelésére szolgáló függvénykönyvtárral. 2
1 db bıvítıkártya. A processzorkártya nagy lábsőrőségő bıvítı csatlakozóját hagyományos szalagkábel-csatlakozóvá alakító adapterkártya, amely egy 5V-os tápegységet is tartalmaz. 50.000 Ft szabadon felhasználható költségkeret. A tanszék a fenti egységeken túlmenıen felmerülı nyomtatott áramkör gyártási és alkatrész beszerzési költségeket számla ellenében az említett értékhatárig megtéríti. Az akadálypálya A verseny során a résztvevı robotjármőveknek egy akadálypályán kell végighaladniuk, és ennek mentén különbözı feladatokat kell teljesíteniük. Az akadálypálya vízszintes, sík felületen lesz kialakítva. A tájékozódást a következık segítik: A robot középvonala által követendı útvonalat fekete vezetıvonal jelöli ki. A tájékozódáshoz bizonyos helyeken falak szolgáltatnak kiegészítı információt. A pálya ezek figyelembe vétele nélkül is teljesíthetı, de a falak felismerése komoly elınyt jelent, bizonyos (opcionális) feladatok csak ezek felismerése után teljesíthetık. A pálya szakaszokra van osztva, a szakaszokat ellenırzı pontok határolják. Az ellenırzıpontokat a vezetıvonalra merıleges, attól eltérı (fehér) színő vonalak jelzik. Egy ellenırzı pont akkor tekinthetı teljesítettnek, ha a robot teljes terjedelmével áthaladt fölötte. Az utolsó ellenırzı pont maga a célvonal. A minimális teljesítendı feladat az, hogy a versenyben résztvevı robot a vezetıvonalon végighaladva eljusson a célba. A pályán extra feladat is teljesíthetı, ami számottevı elınyhöz juttathatja a versenyzı robot csapatát. Az extra feladat ping-pong labdák begyőjtésébıl és egy tárolóba való eljuttatásából áll. A verseny a minimális feladat végrehajtása esetén tekinthetı teljesítettnek. Külsı beavatkozások A verseny alapvetı célja, hogy a robotok autonóm mőködésőek legyenek, vagyis emberi beavatkozás nélkül hajtsák végre a feladatokat. A robotoknak magukban kell foglalniuk a teljes irányítórendszerüket és tápellátásukat. Játék közben a robot és a külvilág között semmilyen kommunikáció vagy távvezérlés nem megengedett. Kivételes esetben lehetıség van korlátozott számú külsı (kézi) beavatkozásra. Abban az esetben, ha a robot letért a vezetıvonalról, és a csapat úgy ítéli meg, hogy eltévedt, az egyik (verseny elején kijelölt) csapattag visszahelyezheti a vonalra, a következı feltételekkel: A kijelölt csapattagnak beavatkozási szándékát egyértelmően tudatnia kell a versenybíróval (kézjelzéssel, szóval) Minden beavatkozás pontlevonással jár Maximum 5 beavatkozás lehetséges, ennél több beavatkozás érvényteleníti a futamot Robotot visszahelyezni kizárólag már teljesített ellenırzı pontra lehet. Visszahelyezéskor a robot lánctalpának érintkeznie kell az adott ellenırzı ponttal. 3
Pályaelemek Az akadálypálya elıre definiált elemekbıl épül fel. Az egyes pályaelemek száma rögzített, azonban a pálya pontos felépítése, az elemek sorrendje a verseny napja elıtt nem ismert. A következı pályaelemek fordulhatnak elı: A pályaelemeket összekötı egyszerő vezetıvonal Start (1 db) Alagút (1 db) Elágazás és becsatlakozás (1-1 db) Extra útelágazás (2 db) Begyőjtıhely (1 db) Lerakóhely (1 db) Cél (1 db) A következıkben bemutatjuk az egyes pályaelemeket és azok legfontosabb tulajdonságait. A pályaelemek pontos méretekkel ellátott rajzai a függelékben találhatók. Egyszerő vezetıvonal A vezetıvonal fekete színő, 19 mm szélességő szigetelıszalagból készül. Egyenes és íves szakaszokból áll, a szakaszok között törések is lehetnek. Az íves szakaszok görbületi sugara nem lehet kisebb 25 cm-nél, a szakaszok közötti törés szöge az egyeneshez képest nem lehet nagyobb, mint 35 fok. Falak csak speciális pályaelemek részei lehetnek, az egyszerő vezetıvonal közelében (50 cm-nél közelebb) nem lehet sem fal, sem egyéb objektum. Start A vezetıvonal T-formával kezdıdik (ld. 1. ábra). A startmezı a vonal kezdetétıl az elsı ellenırzı pontig (a startvonalig) tart. Indulás elıtt a robotot úgy kell elhelyezni, hogy teljes terjedelmével ebben a mezıben legyen az egyenes vezetıvonal fölött (a vezetıvonalra merıleges segédvonalak felülrıl nézve a robot elıtt és mögött teljes terjedelmükben láthatók kell legyenek). Ha a robot teljes terjedelmével elhagyta a startmezıt, az már pontot ér (sikeres elindulás). 4
Alagút 1. ábra Start Alagútnak nevezzük azt a pályaelemet, ahol a vezetıvonal szaggatottá válik, és a vonalat mindkét oldalról fal kíséri (2. ábra). A falak párhuzamosan futnak a vonal mellett, mindkét oldalon azonos távolságban. Az alagút nem kanyarodik, végig egyenesen halad. Az alagút pontos hossza elıre nem ismert, csak a lehetséges hossz minimuma és maximuma. Az alagút által jelentett nehezebb szakasz teljesítését segíti, hogy az alagút elıtt és után adott hosszon garantáltan egyenes a vezetıvonal. Az alagút pályaelem teljesítését a robotra felszerelt oldalsó távolságérzékelı szenzorok segíthetik, egyenes jellege miatt azonban ez a feladat némi szerencsével ezen szenzorok hiánya vagy hibás távolságérzékelése esetén is teljesíthetı. 2. ábra Alagút 5
Elágazás A vezetıvonal elágazását jelenti. Innentıl kezdve két irány lehetséges, egyenesen tovább, vagy oldalra leágazva. Nincs kitüntetett oldal, vagyis jobb, ill. bal oldali leágazás is lehetséges. Az egyenesen továbbhaladó irány kerülıútra visz, amely tetemes idıveszteséget jelenthet, míg a leágazó irány a pálya rövidítésére ad lehetıséget. A döntés megkönnyítése érdekében a leágazó iránnyal szemközti oldalon egy az egyenes pályaszakasszal párhuzamos fal található. A fal érzékelése esetén biztosan kiválasztható a rövidebb út (3. ábra). Az ábrán látható, hogy az elágazási pontban mindenképpen elhelyezkedik egy ellenırzı pont. Ezen a helyen az ellenırzı pontot egy megtört fehér vonal jelzi, vagyis a robot esetleges késıbbi eltévedése esetén az elágazás bármely ágára visszahelyezhetı (külsı beavatkozás, tehát pontlevonás ellenében). 3. ábra Elágazás Becsatlakozás Az elágazás párja, itt csatlakozik be a kerülıút az eredeti útvonalba. Az összetalálkozó vonalak által bezárt szög maximuma ugyanakkora, mint az elágazásnál. Gyakorlatilag egy fordított irányból megközelített elágazásnak tekinthetı, ahol nem található fal. 6
4. ábra Becsatlakozás Extra elágazás Hasonló az elágazáshoz, azzal a különbséggel, hogy ennél a pályaelemnél egy bordázott fal található az egyenes iránnyal párhuzamosan elhelyezve. Az egyenes irány a plusz pontokat jelentı begyőjtı- vagy lerakóhelyhez vezet, ami a vonalkövetés szempontjából zsákutca. A begyőjtı-, ill. lerakóhelytıl vissza kell találni ehhez az elágazáshoz, hogy tovább lehessen haladni a cél felé (tipikusan tolatással). A leágazó irány elkerüli a zsákutcát és továbbvezet viszont ebben az esetben a plusz pontok nem szerezhetık meg. 5. ábra Extra elágazás 7
Begyőjtıhely Ezen a helyen van lehetıség a plusz pontokat jelentı ping-pong labdák begyőjtésére. A vezetıvonal itt véget ér, és egy speciális U-alakú falrendszer vezet tovább a labdaadagoló berendezéshez (6. ábra). A robotnak a vonalat ideiglenesen elhagyva, a falak mentén haladva kell eljutnia a labdákhoz. A hosszanti tájékozódást ( hol kell megállni ) két mozgatható marker segíti. Ezek a falon található és a fal mentén csúsztatható kiszögellések, amelyek pozícióját a versenyzı csapat egyik tagja a robot szenzorai elhelyezkedése ismeretében beállíthatja a futam elıtt. 6. ábra Begyőjtıhely A labdaadagoló berendezésben 2 db ping-pong labda található (7.a. ábra). Az adagoló az alján található, mélyen lelógó nyelv megnyomásával mőködtethetı. A nyelvet a robot felemelt kanalával megfelelıen megnyomva, a labdák a kanálba esnek. 7.a. ábra Labdaadagoló 8
A pályaelemek legyártása után a referenciaként szolgáló mintarobottal végzett tesztek alapján az adagolóból lelógó nyelv alakját módosítottuk a biztosabb labdaelérés érdekében. A módosított elrendezés képe a 7.b. ábrán látható, a Függelékben pedig már ennek a megvalósított verziónak a rajza szerepel. 7.b. ábra A megvalósított labdaadagoló A labdák begyőjtése után vissza kell találni a legutolsó elágazáshoz, mert csak így folytatható az eredeti útvonal. A begyőjtıhely teljes elhagyásakor csak a kanálban található labdák (0, 1 vagy 2 darab) számítanak begyőjtöttnek. A begyőjtıhelyhez vezetı extra elágazás garantáltan hamarabb helyezkedik el a pályán, mint a lerakóhelyhez vezetı. Lerakóhely A begyőjtıhely párja, itt kell elhelyezni a ping-pong labdákat. A vezetıvonal itt is véget ér, és egy speciális U-alakú falrendszer vezet tovább a lerakási területhez, a begyőjtıhelynél látottakhoz hasonlóan (8. ábra). A két mozgatható marker (a megállás segítésére) itt is megtalálható. A kanálban hozott labdákat a magasított fallal körülvett területre kell elhelyezni. Azokért a labdákért kapható lerakási pont, amelyek a célba érkezés idıpontjában is bent találhatók a fallal körülzárt területen. A labdák lerakása után vissza kell találni a legutolsó elágazáshoz, mert csak így folytatható az eredeti útvonal. A lerakóhelyhez vezetı extra elágazás garantáltan késıbb helyezkedik el a pályán, mint a begyőjtıhelyhez vezetı. 9
8. ábra Lerakóhely Cél A startnál látottakhoz hasonlóan, a vezetıvonal T-formában végzıdik (ld. 9. ábra). A célvonal az utolsó ellenırzı pont. Az idımérés akkor áll le, amikor a robot teljes terjedelmével áthaladt a célhoz tartozó ellenırzı ponton (fehér vonal). Az áthaladás után a robotnak meg kell állnia úgy, hogy a vezetıvonal végén található T-formát takarja, vagyis felülrıl ránézve az elágazási pont ne legyen látható. Ha a robot túlfut a lezáró ponton, az pontlevonással jár. 9. ábra Cél 10
A játék menete Elıkészület A futam indítása elıtt a versenyzı csapatnak 3 perce van a felkészülésre. Ez alatt kell a robotot a startmezıre helyezni, illetve ekkor lehet beállítani a begyőjtı- és lerakóhelyeknél lévı markerek helyzetét az oldalfalakon. Ilyenkor már nem lehet a roboton futó szoftvert módosítani, valamint külsı kapcsolóit, potenciométereit, stb. állítgatni. Különleges esetben (pl. RAM-ból futó program) lehetıség van a program feltöltésére, de azon ilyenkor már nem lehet változtatni. Indítás Futam o A robotokon egy olyan startberendezést kell elhelyezni, amely egy huzal (cérna, spárga, stb.) meghúzásával aktiválható. A huzalnak legalább 30 cm hosszúnak kell lennie és meghúzás után le kell válnia a robotról. o A robotot az a csapattag indítja, aki a továbbiakban is felügyeli a robotot. Ezentúl csak ı nyúlhat hozzá, amennyiben a robot visszahelyezésre kényszerül. A játékvezetı szóban adja meg a rajtjelet, és indítja az órát. A rajtjel elıtti indítás esetén a startot meg kell ismételni. A harmadik korai indítás után a futam érvénytelennek tekintendı. o Egy futam akkor érvényes, ha a robot sikeres indítás után minden ellenırzıponton teljes terjedelmével áthalad. o Amennyiben a robot eltéved, és külsı beavatkozás válik szükségessé, akkor ezt a fentebb kiválasztott csapattagnak egyértelmően jeleznie kell a vezetıbírónak, akinek engedélye után beléphet a piros csíkkal határolt pálya területére, és a robotot visszahelyezheti egy olyan ellenırzıpontra, amelyen a robot már teljes terjedelmével áthaladt. o A robot visszahelyezése során kizárólag annak fizikai mozgatása történhet, semmilyen kapcsoló, beavatkozó, stb. nem állítható ilyenkor, még a reset gomb megnyomása sem engedélyezett! o Amennyiben egy visszahelyezés megtörtént, akkor a csapattagnak a legrövidebb úton el kell hagynia a kijelölt pályát. Pályaelhagyás nélkül két visszahelyezés nem engedélyezett. o A futam során a pályát határoló piros csíkon belülre senki nem léphet be, kivéve a beavatkozás fenti esetét. Futam vége o Az óra akkor áll meg, ha a robot teljes terjedelmével áthaladt a célhoz tartozó utolsó ellenırzıponton. o A futam akkor is véget ér, ha a robot a maximális idıkereten belül nem ér célba, illetve a felügyelı csapattag ki nem jelenti, hogy a futamot befejezettnek tekinti. A maximális idıkeret 5 perc. 11
Pontozás Egy futam során jutalom- és büntetıpontok is szerezhetık. Az egyes események pontértéke a következı: Jutalompontok Elindulás (áthaladás az elsı ellenırzı ponton): 5 pont Célba érés (áthaladás az utolsó ellenırzı ponton): 45 pont Labda begyőjtése: 10 pont/labda Labda lerakása: 5 pont/labda Gyorsasági bónusz a 4 leggyorsabban célba érınek: 20, 15, 10, 5 pont Büntetıpontok Külsı beavatkozás: 5 pont A célban a robot nem áll meg: 5 pont A verseny 3 fordulós. Egy fordulóban minden csapatnak egy futama van. Ez azt jelenti, hogy amíg mindenki le nem játszott egy fordulót, addig a következı forduló nem kezdhetı el. Gyorsasági bónusz egy fordulón belül a legjobb 4 idıeredményért adható. A leggyorsabban célba érı robot 20 pontot kap, az utána következık mindig 5 ponttal kevesebbet. Így minden csapatnak minden forduló végére kialakul egy pontszáma. Minden csapatnál a számára legjobban sikerült forduló pontszámát tekintjük végeredménynek. A versenyben maximálisan 100 pont érhetı el. A verseny sikeres teljesítéséhez legalább 40 pont megszerzése szükséges (minimális pontszám). A minimális pontszámot teljesítı csapatok tagjai jogosultak a verseny teljesítéséért járó jutalmakra. 12
Jutalom A versenyt sikeresen teljesítı (min. 40 pontot elérı) csapatok tagjai jutalomban részesülnek. Minden ilyen résztvevı két lehetıség közül választhat (egy csapaton belül a csapattagok akár különbözı jutalmat is választhatnak). 1. lehetıség Mivel a verseny a Robotirányítás rendszertechnikája címő tantárgyhoz kapcsolódik, a versenyt teljesítı hallgatók a szerzett pontokat beszámíttathatják a tantárgy vizsgájába oly módon, hogy a megszerzett pontok felét hozzáadják a vizsga pontszámához. A vizsga pontozása a következı: 0-44 pont: 1 45-59 pont: 2 60-74 pont: 3 75-89 pont: 4 90-100 pont: 5 Látható, hogy legalább elégséges szintő vizsgapontszámnál 15 plusz pont eggyel jobb jegyet jelent. Mivel a sikeres verseny minimumpontszáma 40, ezért legalább plusz 20 pont hozható a vizsgapontszámba, vagyis egy jegyet mindenképpen javít, aki ezt választja. 2. lehetıség Aki sikeresen teljesíti a versenyt, de nem kéri a beszámítását a vizsgába, az a versennyel kiválthatja a következı nyári szakmai gyakorlatot. Azt, hogy a jutalomnak melyik formáját kérik, a versenyzıknek nem kell elıre eldönteniük, elég azt megmondani a vizsga megírása után. 13
Idıpontok, lebonyolítás A verseny idıpontja 2010. január 15. (péntek), 10 óra. Helyszíne a V2 épület 5. emeleti folyosója. A pályát közvetlenül a verseny elıtt építjük fel, ekkor a robotokon már semmilyen módosítás nem engedélyezett (újraprogramozás sem). Ennek érdekében a robotokat (különleges esetben a programozáshoz szükséges számítógépet is) a verseny helyszínén legkésıbb 9 órakor le kell adni. A robotok a pálya mellett, a közönség számára is látható helyen lesznek kiállítva. A robotokon nagymérető, egyértelmő jelzés kell azonosítsa a versenyzı csapatot: - A csapat sorszáma - A csapat neve - A csapat logója (opcionális) A verseny elıtti héten 2010. január 8-án (pénteken) 10 és 15 óra között próbafutamokat tartunk a V2 épület 4. emeletén. Ekkor a versenypályával egyenértékő (de azzal meg nem egyezı) pályán robotjaik tesztelésre kapnak lehetıséget a versenyzık. A próbafutamokért semmilyen pont nem jár, de a megjelenés minden csapatnak erısen ajánlott. Kérjük a versenyzıket, hogy a próbafutamokra idıben érkezzenek, használják ki a rendelkezésre álló idıt. (Ha mindenki 14 órára érkezik, akkor nem fognak pályához jutni.) A próbafutamok alatt a V2.420-as labor nyitva lesz, a módosítások, finomhangolások, programbeállítások itt elvégezhetık. Felhívjuk a csapatok figyelmét, hogy a szükséges eszközöket (laptop, kézi multiméter, kézi szerszámok, akkutöltı stb.) hozzák magukkal, a laborban csak 230V-os hálózati feszültséget és szükség esetén forrasztópákát biztosítunk. Hangsúlyozzuk, hogy ezen a napon a valós környezet kipróbálása és a robotok finomhangolása a cél, nem itt kell hozzákezdeni az elektronika teszteléséhez vagy a programozáshoz! A versenyen való részvételhez minden csapatnak választania kell egy csapatnevet (esetleg egy csapatlogót), amelyet legkésıbb a próbafutamok alkalmával közölni kell a szervezıkkel. Név nélküli csapat nem versenyezhet. A csapat neve és sorszáma egyértelmően látható kell legyen a roboton a verseny során! Ajánlott ütemterv Ahhoz, hogy a robotok biztosan idıben elkészüljenek a versenyre, a következı ütemterv betartását ajánljuk. A dátumok természetesen csak irányadó idıpontok, úgy lettek meghatározva, hogy ezek mentén haladva a verseny minimumpontszámmal teljesíthetı legyen. A megadott idıpontoktól elmaradni nem érdemes, mert az a versenyen való sikertelen szereplés erıs veszélyét rejti magában. Gyorsabban haladni természetesen lehet (sıt ajánlott), érdemes a verseny elıtti utolsó hetekre minél több tartalék idıt hagyni az esetlegesen felmerülı hibák kijavítására, a versenystratégiák alapos kitesztelésére. Elsı villogó LED: 2009. október 5. (hétfı) Kiegészítı kártyák gyártásba leadva: 2009. október 26. (hétfı) Kiegészítı kártyák beültetve: 2009. november 16. (hétfı) Szenzorok, motorok kezelése alapszinten mőködik: 2009. november 23. (hétfı) Elágazás nélküli, folytonos vonalkövetése mőködik: 2009. november 30. (hétfı) 14
Függelék Rajz oldal Start- és célmezı 16 Vezetıvonal törési szöge és görbületi sugara 16 Alagút 17 Elágazás 18 Extra elágazás 18 Begyőjtıhely 19 Lerakóhely 20 A pályaelemek legyártása után végzett tesztek alapján - a hibalehetıségek csökkentése érdekében minimális mértékő módosítást hajtottunk végre egyes pályaelemeken (pl. a labdaadagolónál). A mellékletben található aktualizált rajzok a pályaelemek valóságos állapotát tükrözik. A versenyen alkalmazott pályaelemek méretei és vezetıvonaltól mért távolságaik a valóságban max. ±5 mm-rel térhetnek el a rajzokon megadottól. Az épített pályaelemek pontos elhelyezésének vagy helyzetük visszaállításának egyszerősítése céljából a versenypálya mentén pozícionáló jelöléseket (pályaelemmarkereket) fogunk elhelyezni. Ezek a jelölések a vezetıvonaltól és az ellenırzıpontoktól eltérı színő szalagból készülnek majd, elhelyezésük nem fogja zavarni a vezetıvonal felismerését. 15
Start- és célmezı Vezetıvonal törési szöge és görbületi sugara
Alagút
Elágazás Extra elágazás
Begyőjtıhely
Lerakóhely