Lego Robots mit AkSen-Board

Erfahrungen und Kniffe
Von Nuri Jawad
Diese Dokumentation ist eine Zusammenstellung von Tips und vieler bisher nur mündlich innerhalb der Semestergruppen kommunizierter Erfahrungswerte.
Für einen generellen Überblick über die verwendete Hardware und das Projekt sei auf die Arbeit von Till Peters verwiesen.


Hardware

Generell sollte es sich lohnen, die Roboter des vorigen Semester nicht gleich zu demontieren, sondern sich einige Lösungen, insbesondere die Verwendung von Legoteilen, Kabelbindern und Heißkleber für die Aufhängung von Sensoren und Servomotoren anzuschauen.
Das Problem war bislang, daß man dabei nicht wußte, worauf man nun achten soll, was dieses 'Howto' hoffentlich ändern wird.

Sensoren

Robot 7 FrontansichtTorsensoren

Diese sind im Bild ganz oben zu erkennen. Man verwendet zwei Seitensensoren und einen für die Mitte. Der zuerst noch bei vielen Teams vorhandene Sensor hinten hat sich in den meisten Fällen als wenig hilfreich erwiesen, wurde am Ende kaum noch von einem Roboter benutzt und fiel auch bei unserem später weg.
Wichtig ist die Abschattung gegen Umgebungseinflüsse. Hierfür kann man sich trichterförmige Konstrukte basteln oder einfach die hier zu sehenden Fotodosen benutzen, in deren Boden man ein ausreichend großes Loch für den eigentlichen Sensor bohrt. Nicht zu vergessen ist auch, die Rückseite abzudecken, z.B. mit Alufolie.
Wie man sieht, sind die Dosen etwas umständlich mit Kabelbindern befestigt und liegen nicht ganz waagerecht. Das sollte man vermeiden, da es die Sensoren kurz- bzw. weitsichtig macht. Am besten ist somit eine möglichst gerade Ausrichtung nach vorn. Das gilt auch für die Ballsensoren.

Sharp-Sensoren

Unter den Torsensoren rechts und links zu erkennen. Hiermit wird Abstand von der Spielfeldeingrenzung gehalten.
Da diese kombinierten Sender/Empfänger unter etwa 10cm Abstand keine brauchbaren Werte mehr liefern, sollten sie nicht ganz vorn am Roboter platziert werden. Wie hier zu sehen, kann man sie V-förmig zur Seite (und eventuell leicht nach unten) zeigend anordnen, wodurch ihr Abstand zur Wand noch etwas vergrößert wird. Sie sollten eine Handbreit Bodenfreiheit haben, um nicht den Ball zu erfassen.
Für den möglichen hinteren Sensor gilt dasselbe wie bei der Torerkennung. Erwähnenswert ist, daß Reflexionen und die V-Anordnung in den Spielfeldecken für viele Probleme gesorgt haben. Hier fuhr sich jeder Roboter mal fest. Auch wird mit den Sharps nur selten der gegnerische Roboter gesehen. Als Lösung dafür bieten sich 'Bumper' an, die Berührung einem Objekt kenntlich machen; etwa außen verlaufende Drahtstücke, die durch ringförmige Kontakte geführt sind. Bei uns reichte die Zeit dafür nicht mehr für die Implementation aus.


Ballsensoren

Im oberen Bild sieht man links und rechts jeweils einen Sensor, mit einem Trichter abgedeckt, durch einen Legostein mit Loch gesteckt und mit Heißkleber befestigt. Einer befindet sich in der Mitte direkt über dem Ball, falls dieser in den Bereich der Greifer rollt. Er darf jedoch nicht zu niedrig sitzen, denn so vergrößert sich die Chance, daß der Ball aufgrund ungünstiger Lage (keine LED zeigt in die passende Richtung) überhaupt nicht gesehen wird.
Auf dem unteren Bild ist hinter dem Mittelsensor die 'Phalanx' zu sehen, bestehend aus vier Sensoren auf einer kleinen Platine und deutlich empfindlicher als die Seitensensoren. Wenn man auf waagerechte Lage achtet, ist damit der Ball normalerweise über das gesamte Spielfeld zu orten.
Wir haben zur Abschattung ein Legoteil mit Löchern verwendet und dahinter ein schwarzes, durchgängiges Teil benutzt. Auch in diesem Fall brachte ein rückwärtiger Sensor eher geringe Vorteile.


Servomotoren


Links und rechts an den Greifern zu sehen. Ein weiterer Motor wurde für die Schußvorrichtung verbaut.
Es ist aber dringend davon abzuraten, mehr als einen Servo zu benutzen: wir waren das einzige Team mit so einem Konzept und hatten reichlich Probleme damit. Wenn ein Servomotor 'anschlägt' bzw. blockiert wird und nicht zur vorgesehenen Position drehen kann, zieht er Unmengen von Strom und das System kommt völlig zum Stillstand. Man beschränkt sich also am besten auf einen Servo und benutzt eine von oben herunterklappende Greifvorrichtung, mit der dann auch gleichzeitig geschossen werden kann (elastischen Bogen mit Kabelbindern bilden). Ohnehin reagieren die Servomotoren zu langsam für Greifer, wie wir sie realisiert haben und lassen den Roboter den Ball oft nicht erfolgreich fassen.


Rahmenkonstruktion

Es gibt einige wichtige Punkte bei der Konstruktion des Gestells zu beachten. Mehrere Teams, so auch wir, mußten nach einiger Arbeit von Grund auf neu anfangen, weil sie nicht bekannt waren.
Zum einen muß der Roboter stabil genug sein, um sich im Wettbewerb, bei dem es mechanisch schon mal zur Sache gehen kann, nicht in seine Einzelteile zu zerlegen. Zum anderen muß er möglichst leicht bleiben, denn Geschwindigkeit ist ein sehr wichtiger Faktor. Außerdem sollte er möglichst wenig Möglichkeiten für ein Hängenbleiben oder Verhaken mit dem anderen Robot bieten.

Auf dem letzten Bild ist unser erster Versuch zu sehen. Die Probleme im Einzelnen:

Die Gewichtsverlagerung trieben wir etwas zu weit - beim neuen Roboter war das Gewicht nun auf den Seitenrädern bedenklich hoch, deren Mantel übrigens zu weich ist und eventuell ausgestopft werden sollte.


Allgemein

Da der Zugriff auf das LCD des Aksen-Boards recht viel Zeit kostet und es beim fahrenden Robot schlecht abzulesen ist, bietet es sich an, LEDs zur Anzeige bestimmter einfacher Informationen (z.B. Ball rechts oder links erkannt) zu benutzen.
Statt mit Akkus kann auch mit Batterien gefahren werden. Die höhere Spannung voller Zellen (1,5 statt 1,2V) macht aber meist eine Anpassung des Programms erforderlich, da beispielsweise Drehungen hin zum Ball oder Tor nun schneller ausgeführt werden und somit deren Dauer verkürzt werden muß. Ansonsten würde die Richtung überkorrigiert.
Bei aller Flexibilität, die die Auswahl der Hardware liefert: wer vom Grundprinzip KIS (keep it simple) abweicht, sollte besser sehr genau wissen, was er tut. Der hier zu sehende extravagante Aufbau mit Schußvorrichtung und motorisierten Greifern war schlußendlich nur mit Mühe zum Laufen zu bringen.
Eine einfache Konstruktion läßt mehr Zeit für Feinheiten, die im Wettbewerb den entscheidenden Unterschied machen können.

Weiter zu Teil 2: Software