Ikona szukaj

Polscy konstruktorzy Marsjańskiego pojazdu z grupy IMPULS

Wywiad z Drużyna Impuls z Politechniki Świętokrzyskiej

1.Skąd pomysł na nazwę zespołu?

Niestety nie jestem od samego początku w zespole więc znam historię tylko z opowieści starczych kolegów. Z nazwą zespołu związana jest dość śmieszna historia powiązana z pewnym błędem w oprogramowaniu pierwszej wersji robota. Otóż po uruchomieniu łazika nie reagował on na sygnały sterujące, dopóki nie pojawiły się impulsy z enkoderów kół. Obejściem tego problemu było popchnięcie łazika tak aby delikatnie poruszyły się koła. Najczęściej odbywało się to poprzez delikatne kopnięcie. Pewnego dnia podczas testów przed zawodami przy uruchomieniu łazika wystąpił wspomniany błąd. Zazwyczaj podczas testów jedna osoba zostaje w pobliżu łazika, aby w przypadku utraty kontroli nad robotem mogła szybko odłączyć jego zasilanie. Osoba, która tego dnia była przy łaziku, zapomniała o tym błędzie. Wtedy zza panelu sterowniczego oddalonego o kilkadziesiąt metrów padło głośne IMPULS z jednoczesnym gestem kopniaka. Po daniu "impulsu" do działania robot ożył i można było dalej przeprowadzać testy. Hasło IMPULS przyjęło się i jednocześnie świetnie opisuje nasz zespół, ponieważ przygotowywanie robota przed zawodami daje nam jako młodym inżynierom i konstruktorom niesamowity impuls do pokazania swoich możliwości.

2.Ile zajęło zaprojektowanie łazika?

Od 2014r, kiedy nasz zespół rozpoczął uczestnictwo w zawodach łazików marsjańskich, proces projektowania i rozwijania konstrukcji trwa praktycznie nieprzerwanie. Przez te lata powstały dwie konstrukcję które brały udział w zawodach. W sumie w fazie projektowania i budowy było aż 5 robotów, ale wszystkie konstrukcję okazały się trafne. Najdłużej powstawał pierwszy łazik marsjański, ponieważ nie mieliśmy jeszcze doświadczenia w budowie tego typu konstrukcji. Jednak udało go wykonać przed zawodami w 2014 w około 8 miesięcy, gdzie faza projektowania i budowania praktycznie toczyła się równolegle. Robot spisał się znakomicie zajmując drugie miejsce, ale w kolejnych latach robot był kilku krotnie przebudowywany i modyfikowany. Ostateczna wersja naszego pierwszego łazika została przygotowana na zawody ERC 2016 z przeprojektowanym zawieszeniem, manipulatorem, elektroniką i nowym systemem komunikacji. W 2018r rozpoczynaliśmy przygotowania do naszej pierwszej edycji zawodów URC w Stanach Zjednoczonych. Postanowiliśmy przygotować nową konstrukcję z nieco innymi założeniami. Powstała całkowicie nowa platforma jezdna z dużymi i szerokimi 12 calowymi kołami z bardzo silnymi silnikami oraz manipulator oparty o przekładnie falowe zapewniające bardzo duże przełożenie przy małej masie i wymiarach. Mając doświadczenie budując poprzednie konstrukcję IMPULS II powstał w około 5 miesięcy.

3.Jakie materiały zostały użyte do budowy łazika?

Budując nasze łaziki używamy głównie dwóch materiałów: poliamid, rodzaj tworzywa sztucznego o bardzo dużej wytrzymałości oraz aluminium. Oba te materiały są łatwe w obróbce co znacznie ułatwia nam wytwarzanie elementów łazika na prostym ploterze frezującym. Dodatkowo wykorzystujemy niewielkie ilości stali (śruby, nakrętki) oraz ABS’u z którego drukujemy obudowy i elementy nieprzenoszące obciążeń.

4.Jakie ulepszenia wprowadzono do łazika po poprzedniej edycji konkursu?

Sama konstrukcja łazika IMPULS II od 2018r niewiele się zmieniła. Nasze modyfikacje opierają się teraz nad rozwojem systemów autonomicznych do konkurencji Navigation. Zostały wprowadzone usprawnienia w systemie wizyjnym wykrywający znaczniki rozmieszczone na torze. Zwiększona została precyzja wyznaczania odległości do znacznika przy jednoczesnym zwiększeniu przetwarzania klatek na sekundę (FPS). Dodatkowo wprowadziliśmy dodatkowe sekwencje automatyczne i półautomatyczne do konkurencji w których wykorzystywany jest manipulator. Zmiany i modyfikacje głownie są podyktowane zmianami w regulaminie zawodów oraz w zmianach w przebiegu konkurencji.

5.Jedna z konkurencji wymagała zbadania czy w pobranych próbkach jest życie – w jaki sposób łazik był w stanie to określić?

Wykrycie śladów życia jest głównym zadaniem w konkurencji Science. Do tego zadania zostało przygotowane mobilne laboratorium zamontowane na łaziku. Jest ono robotem kartezjańskim poruszającym się wzdłuż trzech osi zdolnym do automatycznego wykonywania pomiarów z użyciem luminotestera i przystosowanych do niego wymazówek. Badania z użyciem luminotestera polegają na pomiarze biolumescencji czyli emitancji światła poprzez rozkład cząsteczek organicznych pod wpływem odczynnika zawartego próbówce wymazówki. Badanie polega na pobraniu wymazówki z zasobnika, przemieszczeniu jej nad miejsce pobrania próbki, pobraniu próbki poprzez dotknięcie gruntu, umieszczeniu wymazówki w próbówce z odczynnikiem, wstrząśnięciu próbówki, umieszczeniu jej w luminotesterze i wykonaniu pomiaru. Wynik pomiaru jest odczytywany z wyświetlacza zdalnie poprzez kamerę. W zależności od wyniku możemy określić czy w próbce znajdują się żywe komórki, obumarła materia organiczna lub jej brak.

6.Jedną z cech była umiejętność przenoszenia niektórych przedmiotów – ile kg jest w stanie maksymalnie unieść łazik?

Manipulator jest zaprojektowany z maksymalnym udźwigiem przekraczającym 5kg, który jest wymagany przez organizatorów zawodów. Parametr ten w naszym przypadku jest umowny i orientacyjnie przyjmujemy udźwig naszego manipulatora na około 6kg. Jednak przy zachowaniu odpowiedniego ułożenia ramienia jest ono wstanie podnieść nawet około 10kg. Jaki ciężar mógłby uszkodzić manipulator? Ciężko to stwierdzić nigdy nie robiliśmy takich prób.

7.Jaką maksymalną prędkość jest w stanie osiągnąć łazik i czy tempo przemieszczania się jest istotne w trakcie marsjańskich misji?

W regulaminie zawodów ERC pojawił się kilka lat temu zapis o ograniczeniu prędkości poruszania się łazika do 8km/h związku z tym nasz prędkość maksymalna naszego łazika jest praktycznie równa temu limitowi. Porównując to z prędkością 0,2 km/h z jaką poruszają się między innymi łaziki Curiosity i Perseverance, roboty budowane w ramach zawodów łazików marsjańskich są wręcz wyścigówkami. Trzeba tu jednak poruszyć pewną kwestię, łaziki które poruszają się po powierzchni czerwonej planety są laboratoriami na kołach oraz są sterowane półautonomicznie z ziemi. Sygnał wysłany z centrum dowodzenia misją dociera do robota po co najmniej 10 minutach (przy ułożeniu Marsa najbliżej Ziemi, w przypadku, gdy planety są oddalone najdalej sygnał potrzebuje aż 45 minut) dlatego niemożliwe jest bezpośrednie sterowanie robotem. Do łazika są wysyłane komendy typu: 1m do przodu, obrót o 45 stopni. Łazik marsjański po otrzymaniu tych komend wykonuje ruch i przesyła informację zwrotną która dotrze do kontroli misji znów z wielominutowym opóźnieniem. Łaziki budowane w ramach zawodów Rover Challenge Series (URC, ERC, CIRC, IRC) z założenia mają odwzorowywać roboty, które mogły by służyć astronautom w misji załogowej na Marsa. Podczas misji załogowej operator łazika znajdować się będzie w habitacie a łazik będzie jego narzędziem do wykonywania prostych czynności przenoszenia elementów, zbierania próbek lub pomocy innym astronautom. Dzięki temu że sterowanie będzie się odbywać na odległości maksymalnie kilku kilometrów roboty te mogą znacznie szybciej się poruszać ponieważ operator może bezzwłocznie zareagować na to co dzieje się w otoczeniu robota.

8.Czy trudno było zebrać odpowiednią sumę pieniędzy na sfinansowanie projektu?

Pozyskanie finansowania to najtrudniejszy element przygotowywania się do zawodów. Oprócz pieniędzy na sprzęt i materiały do rozwijania konstrukcji robota drugie tyle pochłania wyjazd drużyny i robota do USA na zawody. Koszt przetransportowania robota, bilety lotnicze, zakwaterowanie, wynajęcie aut to kwota przekraczająca 100 tys zł. Głównym źródłem finansowania są dotację z Ministerstwa Nauki oraz środki przekazane przez Rektora uczelni. Niewielki wkład mają tu sponsorzy, których oprócz dwóch lokalnych firm nie posiadamy.

9.Które z zadań konkursowych okazało się najtrudniejsze i na czym ono polegało?

Każde z zadań konkursowych jest trudne i wymaga odpowiedniego przygotowania zarówno robota jak i osób siedzących za panelem operatorskim. Jednak zadania Navigation oraz Science są według mnie najtrudniejsze dla naszego zespołu. Zadanie Navigation polega na autonomicznym poruszania się robota do miejsc wyznaczonych przez organizatorów. Elementami ułatwiającymi to zadanie są znaczniki rozmieszczone na torze. W zadaniu tym operator nie ma kontroli nad robotem oraz nie może korzystać z kamer. Jedyną informacją zwrotną jest przybliżone położenie robota na torze. Przygotowania do tej konkurencji zajmują najwięcej czasu zarówno przy zmianach w algorytmach sterujących, systemie wizyjnym czy testach na własnym torze testowym. Drugim zadaniem, które sprawia nam trudności jest zadanie Science, gdzie należy pobrać i zbadać próbki. Nasz zespół składa się jedynie z osób, które studiują kierunek Automatyka i Robotyka na wydziale Mechatronicznym co przekłada się na niewielką wiedzę związaną z chemią, biologią czy geologią, która ta wiedza wymagana jest przy odpowiednim opracowaniu procesu badania jak i omówieniu wyników. Przy określeniu sposobu badania wykonanie odpowiedniego urządzenia już jest dla nas wiele prostszym zadaniem.

10.Jakie są plany na najbliższe lata? Co zespół chciałby jeszcze udoskonalić w tym projekcie?

Planujemy rozszerzyć działalność koła naukowego o nowe konstrukcje robotów które mogły by brać udział w innych zawodach. Planujemy również dalej rozwijać konstrukcję łazików marsjańskich. Możliwe, że w przyszłości pojawi się kolejny łazik zaprojektowany i zbudowany przez nas zespół. Planujemy zastosowanie innych silników napędzających koła oraz nowy manipulator o jeszcze większej sztywności i prędkości działania.

27.05.2021

Mateusz

©Planeta Mars 2021