Wstęp do robotyki

(strona poprzedniej edycji laboratorium http://robotics.ia.pw.edu.pl/wr)

Opis zadania

Wprowadzenie

Od czasu katastrof atomowych w Czarnobylu i na Three Miles Island roboty stają się coraz bardziej przydatne w energetyce jądrowej. Doglądanie starej elektrowni jądrowej jest zbyt niebezpiecznym zajęciem dla ludzi, ale przecież do takich zadań znakomicie nadają się roboty. Po odpowiednim zabezpieczeniu sprzętu przed wpływem twardego promieniowania, po wbudowaniu w elektronikę ,,inteligencji'' pozwalającej chociażby na samodzielny powrót robota do bazy, nie będzie lepszych strażników atomowego cmentarza niż niezmordowane i niewrażliwe na promieniowanie maszyny.

Do przenoszenia materiałów radioaktywnych wykorzystywane są zdalnie sterowane manipulatory mobilne np. telerobot Houdini. Zrobotyzowane systemy telewizyjne z IREQ ułatwiają i przyśpieszają inspekcje generatorów pary w elektrowni atomowej. Czteronożne roboty z Indira Gandhi Centre for Advanced Research zapuszczają się w pobliże pracujących reaktorów, gdzie temperatura dochodzi do 200° C. Najsławniejszą jednak konstrukcją jest Pioneer z RedZone Robotics (nie mylić z Pioneerem z ActivMedia), który od 1999 roku patroluje i monitoruje stan betonowego sarkofagu reaktora nr 4 w Czernobylu. Przyszłość robotów mobilnych w przemyśle atomowym wydaje się więc być niezagrożona.

Cel

Celem laboratorium jest zapoznanie się z praktycznymi zagadnieniami budowy konstrukcji mechanicznej, wykorzystania danych z czujników, sterowania napędami oraz programowania robotów mobilnych. Ćwiczenie obejmuje wszystkie etapy wykonania systemu robotycznego tworzonego dla realizacji określonego zadania. Problemy, które wymagają znalezienia rozwiązania są podobne do tych jakie powstają w przypadku ,,prawdziwych'' robotów.

Zadanie składa się z dwóch części, które różnią się czynnościami wykonywanymi przez robota.

Zadanie 1

Do realizacji pierwszej części należy zbudować robota mobilnego, który potrafi znaleźć i wyłączyć zepsuty reaktor atomowy. Robot w trakcie poszukiwań poruszać się będzie po skażonym terenie o nieznanej topografii. Robot powinien omijać różne przeszkody terenowe. Ponadto, robot powinien trzymać się z daleka od obszarów o szczególnie wysokiej radioaktywności, bowiem pobyt w takim miejscu zbytnio zakłóca pracę elektroniki sterującej.

Do reaktora schowanego pod betonową powłoką prowadzi tylko jeden korytarz. Zepsuty reaktor atomowy emituje dużo ciepła i promieniowania podczerwonego, co może ułatwić poszukiwania. Robot po dotarciu do reaktora powinien nacisnąć guzik powodujący wygaszenie stosu atomowego. Oczywiście zadanie należy wykonać możliwie szybko, tak aby nie dopuścić do eksplozji reaktora.

Zadanie 2

Druga część zadania wiąże się z jak najszybszym pokonaniem przez robota określonej trasy. Na drodze mogą występować przeszkody, które należy omijać starając nie zbaczać z trasy. Trasa ruchu jest oznaczona w taki sposób, aby robot mógł ją zlokalizować za pomocą dostępnych czujników.

Szczegółowy opis zadania i terenu

Teren ma kształt prostokąta o bokach 1.5m na 2m, zaś jego podłoże ma kolor biały. Wokół terenu jest ustawiona jest barierka o wyskości ok. 5cm. Robot, który opuści skażony teren uznawany jest za dezertera i dyskwalifikowany. Skądinąd, konstruktorom robota przechodzącego przez płot należeć się będą słowa specjalnego uznania.

Obszary o szczególnie wysokiej radioaktywności oznaczone są czarnymi, nieregularnymi plamami. Zakładamy, że robot zostaje zniszczony, jeżeli wszystkie punkty styczności podłoża z efektorami robota, czyli nogami, kołami czy gąsiennicami, znajdą się w obszarze o wysokiej radioaktywności.

W roli przeszkód terenowych mogą wystąpić tomy dokumentacji w formie prostopadłościanów.

Jako reaktor wykorzystano zespół diód podczerowonych.. Diody będą emitować stały sygnał podczerowny.

Korytarz prowadzący do reaktora jest szeroki na 25cm i wysoki na 5 cm. Podłoga i ściany korytarza są szare. Korytarz nie jest osłonięty od góry.

Druga część zadania będzie również przeprowadzona na terenie o wymiarach 1.5m na 2m, na którym będzie oznaczona trasa, którą ma pokonać robot w możliwie najkrótszym czasie. Trasa ma charakter krzywej zamkniętej.

Środowisko programowania

Na foliach znajduje się opis NXC służącego do programowania zestawu NXT.

Do komunikacji z robotem przez BlueTooth wykorzystujemy narzędzie NXTRC.

Organizacja zajęć

Zajęcia laboratoryjne składają się z sześciu czterogodzinnych spotkań. Pierwsze zajęcia będą miały charakter wprowadzający, pozwalający na zapoznanie się z zestawem NXT oraz środkami programistycznymi. Kolejne cztery zajęcia laboratoryjne przeznaczone zostaną na zaprojektowanie i oprogramowanie robota. Ostatnie spotkanie poświęcone zostanie konkursowi i ocenie rozwiązań.

Każdy zespół będzie dysponować pojedynczym zestawem NXT. Prowadzący postarają się zagwarantować nienaruszalność konstrukcji roboczych i finalnych.

Kryteria oceny

Za pracę na ćwiczeniach laboratoryjnych z przedmiotu Wstęp do Robotyki (WR) można otrzymać do 40 punktów. W czasie zajęć należy zaprojektować i oprogramować robota realizującego oba zadania oraz udokumentować swoje osiągnięcia. Wskazane jest aby sprawozdanie końcowe dostarczone zostało w postaci elektronicznej, a najlepszym formatem jest HTML. Sprawozdanie wraz ze zdjęciem robota umieszczone zostanie w galerii robotów.

Na ocenę z laboratorium będą miały wpływ następujące czynniki:

• Sposób i jakość wykonania postawionego zadania
• Czas realizacji zadania
• Własności konstrukcji mechanicznej
• Algorytmika zachowań robota
• Zawartość i jakość sprawozdania końcowego

Projekty

• Maciej Staniak , Tomasz Winiarski : Robot Mobilny Zezul (2000 - 2002)

• Konrad Billewicz, Łukasz Jóźwiak, Bartosz Goszczyński : Dzihad (zima 2005 - RoboCup)
• Marcin Hamada, Jarosław Florczuk, Artur Karpiński : fcmutanty (zima 2005 - RoboCup)
• Przemysław Belka, Jakub Ciechan, Michał Urbanowicz : Krety (zima 2005 - RoboCup)

• Jakub Wnuk, Karol Ostalski, Mariusz Ratyński, Paweł Szenk : hvl (lato 2005)
• Artur Bernat, Michał Pysiak, Michał Semeniuk : Sigma (lato 2005)
• Łukasz Kieloch, Michał Wróblewski, Patryk Nowacki : Stanford (lato 2005)

• Łukasz Czajka, Piotr Kuć, Dariusz Bobowski : LosAmigos (lato 2005)
• Marcin Najs, Maciej Niedzielski, Karol Ostrowski : Skrzydlaty Arnold (lato 2005)
• Arkadiusz Antoniak, Marek Gregorczyk, Michał Noworolnik : Władcy (lato 2005)

• Tomasz Kapturkiewicz, Marcin Orkiszewski, Marcin Pfeifer : Daimos (lato 2006)
• Dorota Sokołowska, Maciek Nowak, Andrzej Kiewicz : Dma (lato 2006)
• Marcin Kawka, Krzysztof Porczyk, Bartosz Węgrzyn : Stefan (lato 2006)
• Mateusz Mroczkowski, Mateusz Zimoląg : Twilight (lato 2006)