Lego NXT Wettbewerb Sascha Tebben, Markus Schäfers

Lego NXT Wettbewerb
Sascha Tebben, Markus Schäfers
Die Aufgabenstellung
Das Praktikum bestand aus
dem
Bau
und
der
Programmierung eines Lego
Roboters mit dem NXTSystem, welcher an einem
Wettbewerb
teilnahm.
Vorbild hiervon ist der
Eurobot-Wettbewerb
(eurobot.org).
Die Software
Orientierung
Damit der Roboter sich auf dem Spielfeld zurechtfinden kann, hat er zwei
verschiedene Systeme zur Orientierung. Das erste hiervon ist die Odometrie, die
durch die Umdrehungszahlen der Räder eine Näherung der Position berechnet:
Abb 1: Das NXT System
Es handelte sich um ein Fortgeschrittenenpraktikum, wie es im
Rahmen der Robotikpraktika des ORB angeboten wird. Betreut
wurde dieses Praktikum von Prof. Katja Mombaur und Monika
Harant und es fand im Sommersemester 2015 statt. Die
Praktikanten Sascha Tebben und Markus Schäfers befanden sich im
6. Semester ihres Bachelor Studiums der Angewandten Informatik.
Die zweite Methode ist eine simple Linienverfolgung, die ähnlich zu einem PIDController (ohne Integralteil) agiert.
Navigation
Der Roboter navigierte grundsätzlich nur auf den Linien und merkt sich hierfür
seinen aktuellen Punkt, auf den er zufährt. In einigen Ausnahmeroutinen ist der
aktuelle Punkt stets der Punkt, der im Falle einer Kollision angesteuert wird.
Das Spielfeld
In dem Wettbewerb treten jeweils zwei Roboter gegeneinander an,
die auf einem Spielfeld in 3 Minuten möglichst viele Punkte
sammeln müssen. Zudem droht bei Überschreitung der Zeit,
Kollision mit dem anderen Roboter, Verlieren von Bauteilen oder
unfairer Spielweise Punktabzug.
Die Elemente, mit denen
Punkte gesammelt werden
können, sind:
A: Würfel, die in das eigene
Zielfeld gebracht werden
können. Die Position wurde
durch
die
Farbe
des
Startfeldes bestimmt.
B und C: Schalter die
ausgelöst werden können.
Abb 2: Das Spielfeld
Strategie
Wir teilten das Spiel für den Roboter in drei
Phasen ein. In der ersten Phase sammelte
der Roboter die Würfel an der oberen Kante
des Spielfelds ein und legte sie in das
Zielfeld der entsprechenden Farbe. In der
zweiten Phase sammelte er die Würfel am
unteren Rand und löste den Schalter (C) aus
und in der dritten Phase fährt er mit seinen
Würfeln in das Zielfeld und legt dabei drei
Schalter (B) um.
Abb 3: Strategie der Phase 3
Die Hardware
Der bewegliche Arm
Der Herausforderung, Schalter auf verschiedenen Seiten und auf
verschiedene Arten umzulegen, begegnet der Roboter durch
einen beweglichen Arm. Er kann auf beide Seiten ausgefahren
werden, und kollidiert durch seine Höhe ausschließlich mit den
Schaltern – nicht mit der Begrenzung des Spielfeldes.
Lichtsensor und Farbsensor
Die Sensoren sind zwischen den Rädern und möglichst nah am
Rotationszentrum angebracht, damit die Position des
Roboters ohne Verzögerung wahrgenommen werden kann.
Greifzangen und Gate
Vorne am Roboter sind nach außen gespannte
Greifzangen befestigt, mit denen die Würfel
eingesammelt werden können. Dieses
kann an der Seite
ausgeladen
werden, indem ein
Gate
an
der
rechten
Seite
hochfährt.
Abb 4: Das Gate
Der Ausblick und das Fazit
Ausblick
Einige Versuche schafften es im Rahmen des Projektes nicht bis zur eigentlichen
Verwendung. So war die Odometrie für uns zunächst nur ein Hilfsmittel, mit der
wir eine Navigation durch ein Kraftfeld implementierten. Hierfür berechnet der
NXT virtuelle abstoßende Kraftfelder um Hindernisse, Wände und erkannte
Gegner und steuert über die berechnete Gesamtkraft die Motoren an. Leider ist
die Odometrie auf dem NXT ohne Gyro zu unpräzise, um so eine stabile
Navigation im Laufe des Spiels zu gewährleisten. Diese Idee lässt sich sicher mit
einem EV3 erfolgreicher umsetzen.
Weitere Informationen zu diesem Projekt finden sich auf der Webseite des
Robotiklabors.
Abb 5: virtuelles Potentialfeld
Fazit
Im Rahmen des Praktikums gab es sehr viele
Probleme mit der Sprache NXC und dem
gesamten NXT-System. Viele der gefundenen
Fehler konnten bis zum Ende nicht identifiziert
werden. Leider konnte unser Roboter so im
Wettkampf nur auf eine rudimentäre
Kollisionsvermeidung zurückgreifen, da der
Code sich nicht mehr ausführen ließ. Dennoch
gewannen wir vier von fünf Spielen und wurden
letztlich dritter.
Quellen: www.wikimedia.org, das Regelwerk des Wettbewerbs, eigene Bilder © Sascha Tebben, Markus Schäfers

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