Robotem rovně 2010
outdoorová soutěž autonomních robotů v Písku
Druhý ročník soutěže „robotem rovně” se konal v sobotu 22. května 2010 v Písku, Palackého sady. Akci pořádá Radioklub Písek s cílem přiblížit robotiku širší veřejnosti a povzbudit zájem mládeže o techniku. Soupeří se ve dvou kategoriích: roboti a autíčka (roboti bez senzorů). Vyhrává ten, kdo dojede nejdál po rovné parkové cestičce. A věřte, že ve skutečnosti to tak snadné není, jak by se mohlo na první pohled zdát …
Pravidla
Úkol soutěže: „Projet robotem nebo autíčkem bez vnějšího zásahu majitele nebo
někoho jiného trať po parkové cestě a nevyjet na trávník. Cesta je skládaná z
kamenných desek a nesmí se vyjet na trávník. Šířka cesty zhruba 3 metry a délka
trasy zhruba 300 metrů.” Tolik citace z pravidel, které celé případně
naleznete na stránkách
Radioklubu Písek.
Soutěžilo se ve třech kolech s pevným pořadím, které bylo určené rychlostí
jízdy při homologaci (test, že robot je schopen ujet alespoň metr). Rychlejší
roboti jeli první a pomalejší nakonec, aby si zbytečně nepřekáželi.
Starty byly po dvou minutách, takže relativně rychle po sobě.
Za každý ujetý metr po cestičce se počítal jeden bod. Body za jednotlivá kola se
sčítaly.
První dojmy
Když loni na podzim Radioklub Písek soutěž poprvé pořádal, bral jsem to trošku
jako konkurenci Robotour. Teď to však vidím úplně opačně — soutěž „Robotem
rovně” (RR) by mohl být ideální předstupeň soutěže Robotour. RR dává šanci
úplným začátečníkům a hlavně získané zkušenosti lze na Robotour přímo použít.
Ne náhodou na akci bylo mnoho týmů z Robotour, kteří přijely potrénovat a
trošku oprášit své roboty.
Organizace byla velmi dobrá a bylo poznat, že to nebyla první akce, kterou
Radioklub Písek pořádal. I relativně rychlé tempo soutěže bylo přijatelné —
lidé se nenudili, každou chvíli se něco dělo a i soutěžící si to za ty tři
kola tak akorát užili.
Náročnost soutěže
Přestože se to nejspíše na první pohled nezdá, náročnost soutěže je poměrně
vysoká. Abych byl přesnější, čím dál chcete dojet, tím je to náročnější.
Prvních 10m zvládne většina autíček a robotů, kteří odstartují. Šíře cesty 3m
vs. 10m délka vám dovolí chybu cca 8.5 stupně a to se dá trefit.
Máte-li vyšší ambice, tak už budete potřebovat více štěstí nebo nějaké
senzory. Uvažujete-li o GPS, tak to rovnou vzdejte. V parku jsou krásné
obrovské stromy a přestože máte signál až z devíti satelitů chyba neklesne pod
5m. Myslím, že demonstrační ukázka NMEA na Google maps (viz obr.) napoví. Nutno
podotknout, že nejhorší GPS pozice byla na začátku (pak alespoň zhruba
kopírovala cestu), ale na určení, zda jste od středu cesty vpravo nebo vlevo
zapomeňte. Při importu do OpenStreetMap je pěkně vidět stupeň nejistoty
(kruhy).
Asi další senzor, co by vás pro outdoor robota napadl, je kompas. S ním budete
schopni dojet řádově dále, ale i zde vás čekají překvapení. Zaprvé asi budete
mít pouze 2D kompas, protože jsou levnější a tedy snáze dostupné. To by asi až
tak nevadilo, ale musíte si uvědomit, co provede náklon senzoru. Soutěžní dráha
začíná z kopce a když toto váš kompas nějak zvládne, tak jako každá správná
cesta i tato má mírný sklon ke kraji kvůli dešti.
Vedle sklonu kompasu, který lze případně kompenzovat, ještě pozor na kabely a
kanalizaci, která je skryta pod cestou a udělá z vašeho kompasu ruletu. V
zásadě se tedy použít dá, ale nejlepší by bylo ho ještě kombinovat s odometrií
a gyroskopy.
Co z běžně používaných senzorů ještě zbývá, je kamera. Jely se tři jízdy a každá
byla unikátní: první v 10h bylo mírně pod mrakem, v 11h pršelo a v 12h bylo
ostré slunce … jak to ti Písečaci dělají, aby se dalo trénovat za všech
podmínek, nevím .
Zhruba po sto metrech čeká past i na kameru. Přijedete na otevřené náměstíčko a
hledej šmudlo. Navíc je trošku nejasnost v pravidlech, zda robot může používat
odboček z cesty: vyjetí na trávník to není, ale organizátoři měli spíše na
mysli vyjetí z hlavní cesty. No není to snadné.
Že se však dá dojet rovně až na konec (dokonce 3x!) letos ukázalo Roboauto,
které získalo maximální možný počet bodů. Loni cesta byla 300m, ale letos z
důvodu vykopových prací byla ukončena už na 200m.
Výsledky
Tabulka výsledků pro kategorii roboti je převzata z článku
robotem-rovne-2010-uspesne-za-nami
R1 — Quido
Tomáš Ondráček/Roboauto
Soutěž v Písku jsme brali hlavně jako příležitost vyzkoušet si naši novou
platformu: vozítko Quido založenou na RC modelářském podvozku. V loňském
ročníku soutěže Robotour jsme ho měli jako druhého robota v koloně
sledujícího terčík na vedoucím Karlíkovi, ale nyní jsme je upravili, aby bylo
plně samostatné.
Ve spolupráci s FIT VUT v Brně získal náš tým lidar SICK LMS 100 na soutěž Sick
Robot Day 2010. Ten jsme připevnili na Quido nikoliv staticky, ale pomocí
otočného závěsu tak, aby se mohl lidar v průběhu jízdy naklápět a tak pokrýt
větší okolí. Kromě kamery je zde ještě odometr a magnetický kompas.
Instalovanou GPS jsme v závodě záměrně nepoužili, neboť nebyla třeba a
pravděpodobně by nám její nepřesnost vše jen komplikovala. Stejně tak byly
vypnuty i čelní sonary.
Řídíci software byl použit stejný jako na soutěži Robotour. Pro detekci cesty
je využit lidar a kamera, jejich informace jsou agregovány do 2D mapy
sjízdnosti, v níž probíhá plánování trasy pohybu robota pomocí reaktivního
algoritmu. Vzhledem k charakteru soutěže nebyla třeba žádná globální mapa.
Aby se robot na křižovatkách nebo na větších prostranstvích nevydal nežádoucím
směrem, byla do plánovače trasy přidána možnost zadat pevný preferovaný kurs
(který se jinak mění dynamicky podle pozice v globální RNDF mapě).
V pátek večer před soutěží jsme dorazili do píseckého parku se záměrem aspoň
jednou projet závodní trasu a do rána nad jejím záznamem "ladit konstanty". K
našemu překvapení však Quido celou trasu projel bez zaváhání tam i zpět a tak
jsme na místo ladění mohli večer obhlédnout krásné náměstí a místní
restaurace :) Druhý den na soutěži se vše opakovalo, nic se nám na robotu
nepokazilo, takže jsme skončili s plným počtem bodů.
Soutěž je dle mého názoru velice dobrou přípravou na podzimní Robotour a může
být prvním ostrým testem pro začínající robotiky. Radioklub Písek letošní
ročník zorganizoval opravdu výborně, postaral se o hezké počásí a za to jím
patří náš velký dík.
R3 — Irena
Kamil Řezáč/Sirael
Byť to může znít poraženecky, do Písku jsem nejel s motivací vyhrát.
Primárně jsem soutěž bral jako milník, který mě donutí dokončit základ
robota včas.
To se s drobnými ústupky povedlo, ovšem na pokročilé senzory ani
algoritmy nezbyl čas. Proto jsem se rozhodl implementovat naprosto
jednoduchý algoritmus - podle dat z kompasu přímo korigovat servo
řízení (natočení předních kol) - v podstatě P regulátor. Abych se
vyhnul problému s absolutní hodnotou azimutu, chybě způsobené náklonem
kompasu a podobně, snímal a průměroval jsem po startu data z kompasu
(50 vzorků) a podle získané hodnoty jsem jel.
Původně jsem plánoval do algoritmu (testovaného jeden večer na
chodníku před domem) vůbec nezasahovat. To se tak úplně nepovedlo,
protože moje testovací dráha byla rovná a soutěžní mírně z kopce,
regulační smyčka se poměrně rozkmitávala. I tak jsem jel první kolo s
původním programem, nevalný výsledek (25m) tomu odpovídal. Pro další
kolo jsem tedy mírně snížil "zesílení" regulační smyčky, robot se
uklidnil a ujetá vzdálenost se téměř zdvojnásobila (42m). Protože jsem
pozoroval, že robot má snahu jet doprava, při posledním kole jsem ho
na startu postavil mírně natočeného doleva a výsledkem byl další skok
v ujeté vzdálenosti (80m). Ta mohla být ještě o pár metrů delší, ale
cestu ukončila kolize se značkou 80m…
Tento výkon považuji za maximum (nebo blízký maximu) toho, co se dá se
"slepým" robotem dosáhnout a vysoce předčil má očekávání (nejlepší
výkon při testovacích jízdách byl cca 40 metrů).
R4 — Eduro Maxi
Martin Dlouhý/Eduro Team
Pro „Maxíka” toto byla první ze šňůry letošních outdoor soutěží. Je to ještě
batole, které první metr ujelo v pondělí v noci po kuchyni, pak ve středu po
zakapotování spodní části už více metrů na parkovišti před dílnou, a konečně v
sobotu soutěžilo.
Robot se homologoval verzí 0 — jeď rovně pomocí odometrie. Verze 1 pak
kombinovala kompas a verze 2 pak navíc sbírala data z kamery a GPS. Nakonec
robot jel s upravenou verzí 2, tj. vždy 1m, pak zkombinoval doporučené zatočení
od kompasu a kamery, pootočil se a zase jel rovně 1m. Žádný spěch, ale bylo
celkem dobře vidět, kdy si senzory myslí, že už robot sjíždí z cesty.
Soutěž „Robotem rovně” byla skvělý milník. Vyhecovala nás k rozchození robota
a tak na Field Robot Event bude snad šance
zabodovat. Týden na to je
RoboOrienteering, no a pak na podzim
Robotour 2010 v Bratislavě a
SICK
Robot Day v Německu. Ještě jednou díky moc organizátorům za pěknou akci.
R7 — ARbot
Aleš Ruda/ARbot
Robot prošel po minulém ročníku Robotour významnou přestavbou. Nová citlivější
GPS, místo kompasu AHRS, nová optika na kameře, přepsání částí SW do asembleru,
nosič na sud a spousta dalších drobností. Bohužel se začal projevovat problém
tuhnutí motorových jednotek MD23. Postupně jsem zjistil, že pachatelem jsou
značné napěťové špičky v 5V větvi napájení. Dvouměsíční trápení ukončila
počátkem května nějaká větší špička. Nové jednotky MD25 již tento problém
nevykazovaly. V pátek před soutěží se robot konečně rozjel, byly opraveny
některé chyby v SW, projeta rovná i klikatá cesta u baráku a ráno hurá do
Písku.
Času málo, na hrdinství není prostor. Strategie byla jednoduchá kamera udrží
robota na cestě a s překážkami pomohou sonary. Na Robotour to také fungovalo.
Robota lehce otestovat v místních podmínkách a rychle na start 1. kola. 3, 2,
1, start. Robot se rozjel, sice místo aby se držel uprostřed cesty tak divně
opilecky kličkoval od kraje cestičky ke kraji, ale dojel tak až do cíle.
Supeeeeeer. Ale proč to kličkuje? Jejda zapomněl jsem krytku na kameře.
V pauze mezi koly jsem zkoušel jízdu s kameru, ale výsledky nebyly dobré. Robot
rychle končil mimo cestu. Algoritmus detekce cesty se mi nepodařilo opravit.
Dalším pokusem bylo zapojit AHRS s nevalným výsledkem. Takže, když to jednou
vyšlo tak proč ne ještě dvakrát? Robot pojede na sonary. V dalších kolech 90 a
184 metrů. Slušný výkon. Kdyby mi to někdo vyprávěl asi bych nevěřil, ale je to
pravda. Viděl jsem to na vlastní oči.
Myslím, že tato soutěž byla ideálním startem do sezóny outdoor závodů robotů.
Díky organizátorům za nasazení.
R9 — Brimstone
Michal Eliáš a Monika Svědirohová
Soutěž robotem rovně pro nás představovala první zkušenost s outdoor navigací.
Podvozek robota představuje Mončin Žluťásek, na mě
zbyly algoritmy plánovaní trasy. Využil jsem principu konvoluce z web kamery
podle které náš robot jel, žádný jiný senzor použit nebyl. Principem je projetí
parku manuálně, při čemž se sampluje kamera v přesně definovaných odstupech,
poté se neukládá celý obraz, ale pouze sloupcové informace z obrazu vypočítané.
Při samotné soutěži se potom provádí samplování kamery ve stejných časových
okamžicích a pomocí konvoluce se porovnává s uloženým signálem. Výsledkem je
odchylka směru robota od předchozí jízdy. Tento postup je velice nenáročný na
paměť i procesor, zvládne ho počítat procesor na úrovni ARM7. Dokázali jsme
autonomně ujet při soutěži 152 metrů, při testování v parku hodinu před soutěží
jsme trasu projeli vždy celou. Důvod neprojetí celé trasy při soutěži byla
náchylnost algoritmu k divákům stojících po krajích chodníku. V celkovém pořadí
jsme se umístili na krásném 5. místě, což je obrovský úspěch vzhledem k faktu,
že první test robota s tímto algoritmem byl proveden až v Písku bez předchozího
testovaní.
R11 — Ambra, R13 - UTrooper
Jiří Iša/Cogito MART
Naše fakulta (MFF UK) letos zakoupila nový outdoorový robotický podvozek -
UTrooper. Cílem (splněným) pro Písek bylo otestovat jej v soutěžních
podmínkách a seznámit se s jeho vlastnostmi či vrtochy. Vrtochy nakonec
převládly, to se ale u nového a zatím neotestovaného podvozku dá čekat.
Druhým soutěžním robotem byla Ambra - upravený RC Hummer, který původně vznikal
pro Robotour 2009. Ambra letos prošla výraznou přestavbou hardware. Jedná se
tak vlastně také o premiéru nového robota. I tento robot ukázal po dvou vcelku
zdařilých kolech vrtoch. I tak ale Ambra jezdila pěkně, navíc získala
hlasováním diváků titul II. vicemiss!
Soutěž Jízda rovně v parku určitě dopuručujeme jak týmům, kterým se zatím zdá
Robotour složitá, tak týmům, které si věří více, ale mají nového robota.
Děkujeme pořadatelům za organizačně zvládnutou příjemnou soutěž v krásném
prostředí
Závěr
Soutěž „Robotem rovně aneb Autíčka v parku” všem vřele doporučujeme. Vedle
pěkné akce je to zároveň místo setkání robotiků a po soutěži zbývá celé
odpoledne na popovídání. Pokud jste akci propásli, tak nejbližší další outdoor
soutěž autonomních robotů bude
RoboOrienteering v Rychnově nad
Kněžnou. Konečně, jste-li z Písku a okolí a roboti vás zajímají, tak neváhejte
kontaktovat Radioklub Písek rádi vám poradí, nebo vás
rovnou přiberou do týmu.
Odkazy:
- Stránky organizátorů: http://www.kufr.cz/