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Aufgabenstellung
Die diesjährige Aufgabe besteht darin, dass die beiden Roboter einen Mechanismus mit einer Schraube und einer Mutter zusammenschrauben müssen, um das Spielfeld verlassen zu können. Dieser Mechanismus hält eine Zugbrücke oben und lässt Diese herunterfallen, wenn er von der Schraube und Mutter zusammengedrückt wird. Das Spielfeld besteht aus zwei Hälften, auf welchen je ein Roboter startet. Auf beiden Hälften befindet sich eine Schraube und eine Mutter, zwischen den Hälften befindet sich der Mechanismus. Die Spielfeldseiten sind nicht identisch.
Um die Aufgabe zu lösen, haben die Roboter drei Minuten Zeit. Das Spiel endet, wenn diese Zeit abgelaufen ist oder die Roboter die Aufgabe erfolgreich abgeschlossen haben.
Meilensteine
- M1 - Lösungsfindung und Konzeptentscheid
- M2 - Design Review
- M3 - Vorführung der Teilfunktionen
- M4 - Schlussbericht
- M5 & M6 - Fach- und Publikumspräsentation
M1a - Systembeschreibung
Das Ziel des Projekts ist es, einen autonomen Roboter zu entwickeln, welcher auf einem vorgegebenen Spielfeld, mit einem zweiten Roboter zusammen, ein «Gebäude» über eine Zugbrücke verlassen kann. Die Zugbrücke muss durch einen Verriegelungsmechanismus heruntergelassen werden. Auf dem jeweiligen Spielfeld befinden sich eine Schraube und eine Mutter, welche gebraucht werden, um den Mechanismus mit einer Schraubverbindung auszulösen. Die Roboter müssen dabei miteinander kommunizieren und kooperativ agieren.
Beide Spieler müssen in der Lage sein, die Schraube sowie die Mutter zu unterschieden und je nach Vorgabe das gewünschte Objekt zum Auslösemechanismus zu transportieren und zusammen mit dem zweiten Spieler, die Schraubverbindung herzustellen. Nach dem Auslösen des Mechanismus müssen beide Spieler das «Gebäude» über die Zugbrücke verlassen.
Der Roboter darf höchstens die Abmessungen von 160 X 160 X 160mm haben und ein maximales Gewicht von 3 kg aufweisen. Die Aufgabe muss innerhalb einer Zeit von 3 min absolviert werden. Die Startpositionen kann von beiden Teams selbst bestimmt werden.
M1b - Konzeptfindung
Konzept 1:
Das erste Konzept ist mechanisch so einfach aufgebaut, wie nur möglich. Die Fortbewegung erfolgt über zwei Motoren, die jeweils ein Rad antreiben. Dies bietet eine hohe Wendigkeit und lässt eine präzise Positionierung zu. Der Greifer ist ein Sechskant, der mithilfe eines Elektromagneten das Objekt festhalten kann.
Die Erkennung des Objekts erfolgt mechanisch über einen Schalter, der sich inmitten des Sechskants befindet. Der Schalter ist gefedert, damit die Schraube während der Herstellung der Schraubverbindung genügend Platz erhält.
Konzept 2:
Konzept zwei ist im Vergleich zu Konzept eins mechanisch komplexer. Für die Fortbewegung wurde ein Kettensystem gewählt. Dies ermöglich das Befahren kleiner Hindernisse, wie z.B. dem Absatz am Brückenanfang. Das Greifsystem ist von einem Plüschtier-Greifautomaten inspiriert. Mit einem Sensor in oder neben der Kralle soll unterscheidet werden, um welches Objekt es sich handelt.
Konzept 3:
Für das dritte Konzept sollten keine Einschränkungen gelten, um eine möglichst kreative Lösung zu finden. Die Fortbewegung soll über sechs Beine erfolgen. Diese würden eine grosse Bewegungsfreiheit bieten. Das Greifen des Objektes erfolgt wie beim Konzept eins über einen Sechskant. Ein schwenkbarer Sensor über dem Greifer soll erkennen, um welches Objekt es sich handelt, indem er die unterschiedlichen Farben von der Schraube und der Mutter nutzt.
M1c - Konzeptentscheid
Aufgrund der einfach gehaltenen Systeme fiel die Entscheidung auf Konzept eins. Im Verglich zu Konzept zwei und drei überwiegen bei Konzept eins die Vorteile. Das einfache System ist leichter umzusetzen, minimiert die Kosten und verringert die Störungsanfälligkeit. In einem weiteren Verfahren wurde das Konzept überarbeitet und einzelne Komponenten angepasst bis zum endgültigen Entwurf.
M2 - Design Review
Bevor das ausgewählte Konzept in Fertigung geht und die Teile bestellt werden, wird es in diesem Meilenstein zuerst auf Herz und Nieren getestet. Es müssen alle Funktionen und Anforderungen an das Konzept abgedeckt sein und gleichzeitig können Teilaspekte auf Schwachstellen geprüft werden. Pro Subteam (Mechanik, Elektronik, Informatik) wurde mindestens ein Review durchgeführt, bei dem jeweils ein Vertreter pro Subteam und ein Experte anwesend waren. So konnten die interdisziplinären Schwachstellen ausgemerzt werden. Zusätzlich half der Experte uns schwerwiegende Komplikationen zu vermeiden.
M3 - Vorführung der Teilfunktionen
Dieser Meilenstein dient der Überprüfung ersten, fertigen Funktionen. Getestet wird, sofern möglich, am fertigen Roboter. Die Mechanik zeigte hier ihre gefertigten Baugruppen und die Elektronik das Layout und die designten Printplatten.
Einzig in der Informatik mussten Teile der Software noch an einem Experimentierbrett vorgeführt werden, da der Roboter noch nicht ganz fertig zusammengebaut war. Dies wurde gleich im Anschluss an den Meilenstein nachgeholt, so dass nun die Software an den bestehenden Prototypen angepasst werden konnte.
M4 - Schlussbericht
Mit dem Meilenstein M4 wird die gesamte Dokumentation des Systemtechnikprojektes abgeschlossen. Hauptinhalt ist ein maximal 20-seitiger Bericht. Dieser beinhaltet den Werdegang des Roboters von der Idee bis zum Prototypen, eine detaillierte Beschreibung des schlussendlich realisierten Systems, sowie einige Erkenntnisse und Schlussfolgerungen. Zusätzlich wird zum Roboter eine Bedienungsanleitung verfasst und diese Webseite fertiggestaltet. Damit das Publikum an den Schlusspräsentationen besser informiert ist, wird noch ein Informationsflyer zum Roboter erstellt.
M5 - Fachpräsentation
Bei der Fachpräsentation geht es darum, eine Gruppe von Experten von seinem Roboter zu überzeugen. Besonderen Wert wird auf die Funktionalität des Systems, sowie auf die technische Ausführung gelegt. Zudem wird bewertet, ob die Punkte auf der Anforderungsliste erfüllt sind. Danach löst der Roboter zusammen mit dem Partnerteam die Aufgabe.
Eine Fragerunde zum Schluss rundet die Präsentation ab.
M6 - Publikumspräsentation
Anders als bei der Fachpräsentation spielt hier das Bild nach Aussen eine grössere Rolle. Es geht darum, einem breiten Publikum zu zeigen, was wir ein Jahr lang im Systemtechnikprojekt gemacht und erreicht haben. Normalerweise findet diese Veranstaltung in der BZB-Turnhalle statt und es werden Freunde und Bekannte eingeladen. Dieses Jahr sieht es aufgrund der andauernden, angespannten Lage etwas anders aus.
Die Veranstaltung findet trotzdem statt, wird aber stattdessen via Internet live gestreamt.