85

Revista Mecanisme şi Manipulatoare Vol. 5, Nr. 2, 2006, pag. 85-90 ARoTMM - IFToMM

ROBOŢI MOBILI AUTONOMI - PLATFORMA EDUCATIONALĂ EUROBOT

Gabriela TIRIBA S.l.dr. Universitatea “Politehnica “ Bucureşti, Catedra de Fizică I,e-mail :gctiriba@yahoo.com

Abstract : This paper presents the educational objectives of the Eurobot association and rules of international Eurobot competition. Eurobot open is an autonomous robots competition open to young people, students and to independent clubs interested in robotics. The competition offers a support to put the teaching into practice in concrete terms. Three teams from Romania have participated in the Eurobot international competition open 2006 held in Catania - Italy.

1. Introducere “Eurobot” este un eveniment care are ca scop crearea unei noi perspective pentru perceperea şi

abordarea ştiinţei. Promovează modul “showing” (a arăta cum se face) în locul celui “telling” (a povesti despre) pentru a le arăta europenilor cum îi afectează ştiinţa şi tehnologia, de la simplele gadget - uri la cele mai complicate staţii spaţiale.

Prin acest program se urmăreşte stimularea interesului pentru ştiinţă şi tehnică. Tinerii trebuie atraşi de lumea ştiinţifică din jurul lor, pentru ca aceştia să devină cercetătorii şi inventatorii de mâine.

În lume există o serie de competiţii robotice cu diferite reguli, începând cu cele pentru copiii din şcoala primară. Competiţiile robotice au caracterul unor evenimente sportive. Pasiunea şi atmosfera sunt aceleaşi.

“Eurobot” este o competiţie robotică, care se adresează în special tinerilor din Europa, dar este deschisă tinerilor din întreaga lume, care vor să intre în lumea tehnicii şi în special a roboticii. Aceştia intră în contact cu probleme reale şi învaţă să rezolve probleme tehnice în timp real, lucrând într-o echipă. Ei pot întâlni profesionişti în domeniu, pot schimba idei şi îşi pot găsi un posibil loc de muncă.

Regulile competiţiei încearcă să dezvolte fantezia şi creativitatea, punând echipele în contact cu noile tehnologii, iar meciurile au o atmosferă atractivă.

2. Competiţia Eurobot

Istoric. Eurobotopen este un concurs cu roboţi autonomi organizat de organizaţia Eurobot. Competitia Eurobot a fost fondata in 1998 de către trei parteneri: oraşul La Ferte-Bernard, VM Group şi Planete Sciences. Din anul 2004 cei trei parteneri au decis să înfiinţeze asociaţia non-profit Eurobot înregistrată în Franţa. Ea a luat fiinţă la 6 ani dupa prima competiţie robotică care a avut loc în Franţa.

Scop. Asociaţia Eurobot încearcă să dezvolte interesul tinerilor pentru tehnică şi în special pentru robotică pe scară internaţională. Pentru a-şi atinge scopul asociaţia favorizează organizarea de calificări naţionale şi finale internaţionale ale concursului de robotică.

Obiective educationale. Concursurile oferă înainte de orice, ocazia de a participa la o competiţie fair play şi de a pune în aplicare cunoştinţele tehnice. In acest sens se concentrează pe formarea participanţilor din rândul tinerilor, adică a studenţilor sau membrilor cluburilor independente de robotică. Obiectivele educaţionale ar fi:

- Să descopere şi să îndrăgească ştiinţa şi tehnologia. Participanţii la concurs sunt deja orientaţi spre ştiinţă, dar mediatizarea evenimentului conduce la difuzarea ştiinţei în rândul publicului.

- Să aplice concret cunoştinţele ştiinţifice. Cluburile de robotică sunt în general în mediile şcolare respectiv academice, iar concursurile sunt un pretext de a aplica ce au învăţat. Ele oferă profesorilor şi studenţilor un suport pentru realizarea de proiecte.

- Să înveţe gestiunea de proiecte. A realiza un robot complet este un lucru complex. Un astfel de proiect necesită multă muncă, răbdare, coerenţă, organizare, urmărirea obiectivelor şi realizarea lor. Nu putem fi însă siguri că robotul va fi gata la competiţie! A duce un proiect pe un termen atât de lung (5-6 luni) reprezintă o oportunitate rară pentru tineri. Este o experienţă bogată şi preţioasă pentru viitor.

- Să înveţe să lucreze în echipă. Realizarea unui robot este o muncă de echipă. Învăţarea metodelor de lucru în echipă este indispensabilă în viaţa profesională şi absolut necesară pentru a construi un robot care să funcţioneze până la concurs.

- Să înveţe să realizeze un proiect multidisciplinar. Sunt necesare mai multe competenţe pentru realizarea unui robot autonom: electronică, mecanică, şi programare. Dacă una din ele lipseşte robotul nu va funcţiona în final.

86

- Să respecte termenele. Robotul trebuie să fie gata în ziua competiţiei, nu a doua zi. Aceasta implică o planificare a proiectului şi seriozitate în realizarea sa. Robotul trebuie să respecte nişte reguli care reprezintă o adevărată specificaţie tehnică.

- Să coopereze pentru realizarea unui proiect serios fără a lua acest lucru în serios. Atmosfera este atractivă, de fair play, de colaborare, deoarece o ambianţă generală bună ajută la realizarea obiectivelor pedagogice.

Alte obiective : - răspândirea ştiinţei în rândul publicului, evenimentele fiind mediatizate, pline de viaţă şi active. - stabilirea de legături între amatorii de robotică. - oferă ocazia să se întâlnească tinerii din diferite medii culturale - valorifică munca tinerilor şi implică sponsorii.

Competiţia, care este un factor motivant ce nu trebuie neglijat, rămâne totuşi în urmă în raport cu celelalte obiective.

Echipele participante. Echipele pot fi alcătuite din tineri, studenţi, cadre didactice din universităţi şi licee sau membrii ai unor cluburi independente de robotică.

Echipa poate avea un coordonator care poate ajuta sau sfătui membrii echipei, dar acesta nu ar trebui să participe la realizarea efectivă a proiectului. O echipă poate fi formată din membrii din diferite ţări.

O echipa multinaţională poate să participe numai la o singură calificare naţională pentru finala Eurobot şi trebuie să informeze organizaţia asupra alegerii făcute.(Poate participa şi la alte calificări open fără însă a se putea califica pentru finală).

Orice echipa dintr-o tară poate participa la Conpetiţiile nationale ale oricarei alte ţări. Echipe din toate ţările lumii pot participa la competiţia Eurobotopen. Regulile. Tema concursului se modifică în fiecare an. Roboţii care participă sunt roboţi autonomi.

Regulile pun în valoare caracterul didactic, dar într-un mod atractiv de competiţie. Regulile promovează nonviolenţa în comportamentul roboţilor.

Temele competiţiilor anterioare au fost. - 1998-Football, - 1999-The castels, - 2000-Fun Fair, - 2001-Space Odyssey, - 2002-Flying Billards, - 2003-Heads or Tails, - 2004-Coconut Rugby, - 2005-Bowling, - 2006-Funny Golf.

Calificările naţionale. La sfârşitul fiecărei calificări naţionale sunt alese 3 echipe pentru a participa la finala Eurobot. Primele două finaliste sunt selectionate automat, a treia echipă poate fi o echipa care a primit un premiu special. Criteriul de selecţie al celei de-a treia echipe trebuie specificat înaintea începerii competiţiei. Concursuri naţionale au fost organizate începând din 1993 în Franţa şi s-au desfăşurat astfel: - 1993 in Franţa - 1998 in Elveţia - 2001 in Belgia - 2002 in Serbia - Muntenegru şi Spania - 2004 in Austria - 2005 in Algeria, Cehia, Germania şi Italia - 2006 in Anglia şi România.

Finala Eurobot. La finală pot participa maximum 3 echipe pentru fiecare ţară. Excepţiile trebuie discutate şi acceptate de Comitetul Executiv. Finala se va desfăşura în Europa într-o ţară în care se desfăşoară concursuri naţionale.

Premiile. Eurobot nu îşi propune să încurajeze doar competiţia, ci şi participarea. In consecinţă în afară de locurile 1 şi 2 celelalte premii sunt pentru: creativitate, fair-play, design, inovaţie tehnică etc. Premiile au întotdeauna valoare simbolică.

3. Competiţia Eurobot 2006

“Eurobot 2006” a fost un eveniment competiţional sponsorizat de European Commission “Research Directorate General”, Programul “Science and Society”.

Locul şi echipele participante. Competiţia Eurobot 2006 a fost organizată de către Universitatea din Catania, Italia, în perioada 1 - 3 iunie. La Eurobot 2006 au participat echipe din 25 de ţări : Algeria, Anglia,

87

Austria, Belgia, Canada, Danemarca, Elveţia, Finlanda, Franţa, Germania, Iran, Irlanda, Italia, Maroc, Norvegia, Olanda, Portugalia, Republica Cehă, România, Rusia, Serbia, Slovacia, Spania, Tunisia, Ungaria.

Ţările care au minimum trei echipe trebuie să organizeze concursuri naţionale pentru selectarea echipelor ce vor participa la următoarea etapă a concursului. Aproape jumătate din ţările participante (Franţa, Elveţia, Belgia, Serbia, Spania, Austria, Republica Cehă, Algeria Italia, Germania, România şi Anglia) au organizat calificări naţionale pentru a selecta câte 3 echipele participante la competiţia internaţională Eurobot 2006.

Regulile jocului În acest an roboţii au jucat « Funny Golf ». Fiecare echipă a proiectat şi construit un singur robot. S-a

cerut ca robotul să fie complet autonom, adică să aibă propria alimentare, actuatori şi sistem de comandă şi control. În timpul meciului nu este permisă nici un fel de comandă din exterior.

Fiecare robot a trebuit să joace 5 meciuri cu roboţi ai diferitelor echipe selectate prin tragere la sorţi. Un meci, la care participă două echipe, durează 90 de secunde şi se desfăşoară pe o suprafaţă special amenajată (fig.1). pe care se află împrăştiate aleator 15 bile albe de ping-pong şi 2 bile negre.

Fig.1. Suprafaţa de joc

Se observă că fiecare robot are asociată o culoare roşu sau albastru, de asemenea şi fiecare gaură de pe suprafaţa de joc este colorată în roşu sau albastru. Pentru a câştiga puncte într-un meci, un robot trebuie să pună cât mai multe bile albe în găurile de culoarea care îi este asociată. De asemenea, acest robot poate introduce bilele negre în găurile de culoarea adversarului creând astfel dificultăţi adversarului şi făcând jocul mai distractiv.

Suprafaţa de joc este de forma dreptunghiulară de dimensiuni 210cmx300cm, de culoare verde cu doua linii negre care o împart în trei sectoare şi 28 de găuri dintre care 14 de culoare roşie şi 14 de culoare albastră. Patru totemuri sunt poziţionate aleator, cu o simetrie centrală, la fiecare meci.

Patru mecanisme de ejectare a mingiilor, cu câte 4 mingii albe şi una neagră, sunt plasate în colturile suprafeţei de joc şi sunt acţionate electric de către totemuri.

Robotul care participă la concurs trebuie să fie însoţit de o fişe tehnică care cuprinde numele echipei, numărul de membri, descrierea tehnică a robotului şi strategia de joc a echipei.

Limitarea spaţiala a robotului. Robotul trebuie să nu depăşească 120 cm perimetru şi 30 cm înălţime. Robotul poate avea capacitatea de a aduna max.14 bile albe sau negre. Se recomandă să se poată vedea părţile interioare ale robotului. Este interzis ca robotul să aibă părţi constructive care să producă daune sau să fie periculoase.

Sursa de energie. Este permisă orice sursă de energie (baterii, acumulatori, celule solare, gaz sub presiune etc.) cu excepţia celor care conţin substanţe corozive sau pirotehnice. Robotul trebuie să fie capabil să susţină două meciuri succesiv.

Sistemul de control. Echipele pot folosi orice tip de sistem de control (analog, microprocesoare, microcontrolere, computere etc.). Aceste sisteme trebuie să fie complet integrabile în interiorul robotului.

Trei echipe din Romania au participat la Eurobot 2006. În urma Concursului Naţional de Robotică « RoBotX 2006 » organizat în data de 12 mai 2006 de Asociaţia Studenţilor şi Absolvenţilor Filierei Franceze – U.P.B., au fost selectate trei echipe pentru a participa la concursul internaţional Eurobot 2006.

88

1. Echipa « Robotique FF » alcatuită din 6 membri, studenţi ai Facultăţii de Inginerie în Limbi Străine (FILS), de Transporturi şi de Automatică din cadrul Universităţii Politehnica din Bucureşti.

a. b. Fig.2.a. Robotul echipei « RobotiqueFF » , b. Membrii echipei

Descrierea tehnică a robotului

- Deplasarea robotului. S-au folosit 4 motoare Bestell 240745 şi 4 roţi de tip Lego. Motoarele sunt controlate de patru controlere independente legate la un PC. Viteza maximă este de 30cm/s

- Sursa de alimentare este alcătuită din 2 acumulatoare de 12V. Acumulatoarele sunt montate în interiorul robotului.

- Managementul bilelor. Robotul foloseşte un sistem de aspirare a bilelor. Robotul este orientat (direcţionat) spre bile cu ajutorul unui sistem video de achiziţie şi prelucrare de imagini, bilele sunt atrase în compartimentul de colectare al robotului, de către un sistem de aspirare. Bilele sunt sortate pe culori, albe sau negre şi, în funcţie de culoare, sistemul de mişcare deplasează robotul către cea mai apropiată gaură, unde prin acţionarea unei trape este lăsată bila în gaură.

- Poziţionarea robotului. Robotul detectează obstacolele cu ajutorul senzorilor de proximitate şi le ocoleşte. Găurile şi totemurile sunt detectate folosind sistemul de achiziţie şi prelucrare de imagini adică o cameră video şi un sistem PC.

- Inteligenţa robotului. Sistemul de comandă şi control al robotului este dat de VIA EPIA M10000 Nehemiah Mini-ITX PC motherboard, cu Via Cyrix 3 CPU (1GHz). Memoria RAM este de 512MB. Stocarea este făcută pe 2GB Compact-Flash card. Achiziţia de imagini se face cu o cameră video “Logitech Quickcam Sphere” şi cu 2X facilitate de captură video a plăcii de bază. Sistemul de operare este Microsoft Windows XP « Eiger », folosind Java Media Framework ca mediu de programare şi video procesare.

2. Echipa « BotoASSA » alcătuită din 10 membri, studenţi ai Facultăţii de Automatică şi Calculatoare.

a. b.

Fig. 3. a. Pregătirea robotului “BotoASSA”, b. Robotul “BotoASSA” în concurs

89

Descrierea tehnică a robotului “BotoASSA”

- Deplasarea robotului: s-au folosit 2 servomotoare şi 4 roti. Motoarele sunt controlate de patru controlere independente legate la un PC. Viteza maximă este de 30cm/s

- Sursa de alimentare este alcătuită din 2 acumulatoare de 12V. Acumulatoarele sunt montate in interiorul robotului şi îi conferă robotului o autonomie de 15 min.

- Managementul bilelor: Robotul foloseşte un sistem de palete care se rotesc pentru acumularea bilelor. Bilele sunt sortate pe culori, albe sau negre. Sistemul de mişcare deplasează robotul aleator, iar când întâlneşte cea mai apropiată gaură, lasă bila în gaură.

- Poziţionarea robotului. Robotul detectează bilele, găurile şi liniile negre cu ajutorul senzorilor optici. Robotul va avea o mişcare aleatoare.

- Inteligenţa robotului. Sistemul de comandă şi control al robotului este alcătuit cu ajutorul unor microcontrolere ATMEL.

- Strategia robotului .Sunt prevăzute module pentru diferite situaţii: determinarea poziţiei pe suprafaţa de joc în funcţie de cele două linii negre; detectarea găurii, a culorii ei şi dacă este goală; dacă nu sunt detectate bile pe suprafaţa de joc atunci se activează totemurile pentru a acţiona ejectarea bilelor din colţurile suprafeţei de joc; adunarea bilelor şi introducerea lor în găuri.

3. Echipa « No Limits Roboteers » a pornit de la un membru independent din Sibiu.

a. b. Fig.4. a. Robotul “No Limits Roboteers” , b. Robotul “No Limits Roboteers” În concurs.

Descrierea tehnică a robotului “No Limits Roboteers” Robotul este construit pe baza kitului Lego Mindstorms.

- Deplasarea robotului: s-au folosit 2 motoare DC si 4 roti Lego. Motoarele sunt controlate de SN754410 dual H-bridge.

- Sursa de alimentare este alcătuită din 2 acumulatoare de 6A, NiMH, 2300Ah. Acumulatoarele sunt montate în interiorul robotului şi îi conferă o autonomie de cel puţin 2 meciuri succesive.

- Managementul bilelor: Robotul foloseşte un sistem elicoidal de adunare a bilelor şi depozitare în compartimentul de colectare al robotului. Robotul este orientat (direcţionat) spre bile cu ajutorul unui sistem video de achiziţie şi prelucrare de imagini. Un senzor IR selectează bilele negre şi le scoate afară, iar pe cele albe le depozitează. Sistemul de mişcare deplasează robotul către cea mai apropiată gaură, unde bila cade în gaură.

- Poziţionarea robotului. La început robotul nu ştie ce culoare îi este ataşată. Pentru a detecta acest lucru foloseşte o cameră pe care o foloseşte şi pentru a detecta câmpul şi totemurile. Un senzor ultrasonic este folosit pentru a detecta marginile suprafeţei de joc şi pe celălalt robot.

- Inteligenţa robotului. Sistemul de comandă şi control al robotului este AVR Atmega32 microcontroler programat în C. Camera are un microcontroler AVR Atmega8 pentru procesarea de imagini.

- Strategia robotului constă în localizarea bilelor, deplasarea robotului, aspirarea bilei şi introducerea în cea mai apropiată gaură.

90

Premii La Eurobot 2006 clasamentul primelor trei echipe a fost următorul (Fig.5 a,b) :

Premiul 1 echipa RCVA-Franţa Premiul 2 echipa Team Dare-Olanda Premiul 3 echipa BVP-M86, Serbia

a. b.

Fig. 5. a. Echipele premiante. b. Trofeele 1, 2, 3 Echipa României BotoASSA a obţinut ca “Premiu pentru Cea Mai Unita Echipa ” un trofeu care reprezintă o farfurie inscripţionată (fig.6).

Fig.6. Premiul obţinut de echipa României BotoASSA-UPB.

4. Concluzii

Organizaţia Eurobot încearcă să aprindă scânteia pentru lumea ştiinţifică în sufletul tinerilor din Europa, să să stimuleze interesul pentru educaţia ştiinţifică.

Eurobotopen este un concurs internaţional cu roboţi complet autonomi, care se adresează roboticienilor amatori, tinerilor, studenţilor sau cercurilor independente de robotică.

Eurobotopen pune pe primul plan tehnica şi modul de gestionare a unui proiect, solidaritatea, împărtăşirea cunoştinţelor tehnice, creativitatea şi apoi competiţia.

Scopul concursului este de a interesa cât mai mulţi tineri în domeniul roboticii şi de a promova aplicarea cunoştinţelor ştiinţifice.

Trei echipe din România au participat la competiţia internaţională Eurobot 2006 care a avut loc în Italia. Echipa BotoASSA - UPB a obţinut “Premiu pentru Cea Mai Unită Echipă ”.

Bibliografie 1. Eurobot Charter 2. www.eurobot.org