FREDZIO
Nasza debiutancka konstrukcja — mobilny robot zdalnie sterowany zbudowany na bazie lekkich, ale wytrzymałych profili aluminiowych i napędzany czterema niezależnymi silnikami — miała swoją premierę podczas ogólnopolskich zawodów X-Challenge 2024 w kategorii Task Hunters. To prestiżowe wydarzenie przyciąga co roku dziesiątki zespołów z całego kraju, które rywalizują w projektowaniu i programowaniu autonomicznych oraz półautonomicznych maszyn wykonujących złożone zadania na specjalnie przygotowanej arenie.
Choć nasz robot powstawał w zawrotnym tempie, przy bardzo ograniczonym budżecie i w warunkach dalekich od idealnych, postanowiliśmy podjąć wyzwanie. Budowa była pełna niespodzianek – od drobnych zwarć w układzie elektrycznym, przez poważną awarię w dniu zawodów, aż po spektakularną wywrotkę podczas próbnego przejazdu i złamane ramię w trakcie jednej z konkurencji.
Mimo tych przeciwności nasza konstrukcja nie tylko wystartowała, ale również zajęła 10. miejsce w stawce kilkudziesięciu zespołów z całej Polski, co uważamy za ogromny sukces. Te zawody były dla nas nie tylko sprawdzianem umiejętności, ale też bezcenną lekcją współpracy, improwizacji i odporności na stres. Już teraz pracujemy nad kolejną, jeszcze lepszą wersją robota!
RAGNAR
Ten wyjątkowy robot powstał dzięki współpracy z Podkarpackim Inkubatorem Innowacji (PCI), który nie tylko wsparł nas merytorycznie, ale również udzielił dofinansowania umożliwiającego realizację projektu. Był to dla nas ogromny krok naprzód – mogliśmy wreszcie przełożyć pomysły i prototypy na realną, w pełni funkcjonalną konstrukcję.
Pod względem budowy, robot bazuje na solidnym i lekkim szkielecie wykonanym z profili aluminiowych, co zapewnia zarówno wytrzymałość, jak i elastyczność w dalszej rozbudowie. Napędzany jest przez cztery niezależne silniki, z których każdy steruje osobnym kołem typu omniwheel – to właśnie one czynią tę konstrukcję wyjątkową.
Zastosowanie omniwheels umożliwia robotowi pełną swobodę ruchu: może poruszać się nie tylko klasycznie – do przodu i do tyłu – ale także w bok, po skosie, a nawet obracać się wokół własnej osi. Co więcej, dzięki odpowiedniemu algorytmowi sterowania możliwe jest przesunięcie osi obrotu robota poza jego fizyczną podstawę – nawet o 30 cm. To oznacza, że maszyna może np. precyzyjnie okrążać obiekt znajdujący się przed nią bez potrzeby zmiany orientacji całej konstrukcji.
Podobnie jak nasz wcześniejszy projekt – Fredzio – robot ten może być sterowany zdalnie, jednak tutaj poszliśmy o krok dalej. Dzięki zastosowaniu dodatkowych sensorów, możliwa jest również częściowa autonomia. Wyposażyliśmy go w ultradźwiękowy czujnik odległości oraz laserowy dalmierz, który pozwala wykrywać przeszkody nawet w promieniu do 12 metrów. W połączeniu z prostym, ale skutecznym algorytmem omijania przeszkód, robot potrafi samodzielnie analizować otoczenie i podejmować decyzje, np. o zmianie kierunku jazdy.
Oczywiście, jak to zwykle bywa w przypadku projektów inżynierskich, nie obyło się bez trudności. W trakcie testów musieliśmy mierzyć się m.in. z problemem pękających elementów mechanicznych – szczególnie tych łączących koła z wałami silników, które ulegały uszkodzeniom pod wpływem naprężeń dynamicznych. Dodatkowym wyzwaniem była integracja dalmierza laserowego z układami logicznymi robota, ponieważ wymagało to dopasowania napięć sygnałowych i zapewnienia stabilnej komunikacji między różnymi komponentami elektronicznymi.
Mimo napotkanych trudności, projekt ten był dla nas fascynującym doświadczeniem i kolejnym krokiem w stronę budowy bardziej zaawansowanych, mobilnych robotów. Dzięki wsparciu PCI mogliśmy nie tylko rozwinąć swoje umiejętności techniczne, ale także zrealizować koncepcję, która jeszcze niedawno istniała jedynie na papierze.
Robot Autonomiczny
Choć na pierwszy rzut oka ten niewielki robot może przypominać dziecięcą zabawkę, jego wnętrze skrywa zaskakująco zaawansowaną technologię. To efekt naszej pracy w ramach konkursu „Naukolatek” oraz projektu badawczego „Zastosowanie sztucznej inteligencji w nawigacji robotów”, którego celem było stworzenie robota zdolnego do samodzielnego poruszania się w nieznanym środowisku przy wykorzystaniu nowoczesnych algorytmów lokalizacji i planowania trasy.
Pod tą niepozorną obudową znajduje się zestaw przemyślanych rozwiązań sprzętowych i programistycznych. Wyposażyliśmy robota m.in. w enkodery, czujnik położenia oraz LIDAR – system umożliwiający precyzyjne skanowanie otoczenia przy pomocy światła laserowego. Po stronie oprogramowania zdecydowaliśmy się na wykorzystanie ROS2 (Robot Operating System 2) – otwartoźródłowego frameworka powszechnie stosowanego w badaniach nad robotyką mobilną.
Dzięki połączeniu danych z LIDAR-u i enkoderów możliwe było wdrożenie technologii SLAM (Simultaneous Localization and Mapping), która pozwala robotowi jednocześnie mapować otoczenie i określać własną pozycję w przestrzeni. W efekcie robot jest w stanie autonomicznie poruszać się po nieznanym terenie, wykrywać i omijać przeszkody, a także planować trasę do zadanego punktu z użyciem algorytmu A*.
Oczywiście nie obyło się bez wyzwań. Jednym z trudniejszych etapów okazała się integracja LIDAR-u z systemem ROS2 — wymagała ona nie tylko prawidłowego doboru driverów, ale też kalibracji czujnika względem osi robota i synchronizacji danych z pozostałymi sensorami. Równie czasochłonna okazała się konfiguracja pakietu NAV2, odpowiadającego za nawigację. Musieliśmy dokładnie dobrać parametry lokalizacji, planowania ruchu i zarządzania mapą, aby robot zachowywał się stabilnie i przewidywalnie, niezależnie od warunków na torze.
Z racji ograniczonych zasobów obliczeniowych na samym robocie, część wymagających operacji – takich jak generowanie mapy, obliczanie trasy czy prowadzenie procesu lokalizacji – została przeniesiona na zewnętrzny komputer stacjonarny, który komunikował się z robotem przez sieć Wi-Fi. Dzięki architekturze ROS2 możliwa była bezproblemowa wymiana danych między urządzeniami w czasie rzeczywistym, co znacząco zwiększyło efektywność systemu.
Mimo że nie udało nam się zdobyć głównej nagrody w konkursie, zdobyta wiedza i doświadczenie były dla nas bezcenne. Poznaliśmy tajniki działania systemów autonomicznych, nauczyliśmy się integrować sprzęt z oprogramowaniem, a także zmierzyliśmy się z rzeczywistymi problemami, jakie napotyka się w pracy z nowoczesną robotyką. Z pewnością wrócimy do tego projektu – z nowymi pomysłami i jeszcze większym zapałem.
Roboty mBot - nasze roboty do nauki
W naszej pracowni, obok bardziej zaawansowanych konstrukcji, znalazły się także kompaktowe, ale niezwykle przydatne roboty mBot. To dzięki zaangażowaniu naszego opiekuna, dr. Stanisława Topolewicza, który uczestniczył w ogólnopolskim projekcie Centrum Mistrzostwa Informatycznego, szkoła otrzymała trzy takie urządzenia w ramach koła informatycznego. Choć z pozoru proste, mBoty stały się dla nas idealnym środowiskiem testowym.
Wykorzystujemy je jako platformę do nauki i eksperymentowania – to właśnie na nich testujemy nasze pierwsze algorytmy sterowania, uczymy się podstaw elektroniki i programowania. Symulujemy na nich różne scenariusze – od robotów sumo, przez pojazdy podążające za linią, aż po konstrukcje omijające przeszkody. Dzięki nim możemy bezpiecznie popełniać błędy, doskonalić pomysły i rozwijać umiejętności, zanim przeniesiemy je na nasze autorskie, bardziej skomplikowane roboty. To nasz pierwszy krok w stronę wielkich projektów.
