STM 2016 "Mobile Robotics" - WKO
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STM 2016 „Mobile Robotics“
Eingesetzte Hard- und Software
Für den Bewerb wird der Festo Robotino 3 verwendet. Da diese Staatsmeisterschaften in Hinblick auf die
kommenden Euro- und WorldSkills durchgeführt werden, muss die Programmierung des Roboters allerdings
über einen externen Controller – den myRio von National Instruments durchgeführt werden. Dieser ist auch
Wettbewerbscontroller bei den Euro- und WorldSkills. Die Programmierung erfolgt in LabView. Teams müssen
einen vorbereiteten Roboter zum Bewerb mitbringen. Vorbereitete Programme/-fragmente können mitgebracht
werden.
Festo Didaktik Deutschland stellt jedem Wettbewerbsteam ein Trainingsgerät bis zum Abschluss des Bewerbs
zur Verfügung. Leihanfragen bitte mit dem beigefügten Formular direkt an Festo Didaktik Deutschland richten.
Thema der Aufgaben
Die Aufgabenstellung des Bewerbes bewegen sich im Kontext der Lagerverwaltung. Mobile Roboter werden
zur Sortierung von Waren in einem fiktiven Lagerhaus verwendet.
Fragen zum Testprojekt können bis Freitag, 11.11.2016 an stmmobilerobotik2016@pria.at gerichtet werden,
sie werden an die Wettbewerbsorganisatoren und alle anderen Teams weitergeleitet, sodass jeder am selben
Informationsstand ist.
Die Wettbewerbsarena
Die Wettbewerbsarena hat eine helle befahrbare PVC-Fläche von 3x3m. Die Arena hat keine Wände, sodass
jeder Roboter Vorkehrungen treffen muss die Arena nicht zu verlassen.
Auf dem Boden können schwarze, farbige oder metallfarbene Markierungen angebracht sein.
Der Roboter darf die Arena nicht verlassen. Die Arena gilt als verlassen, wenn der Roboter mit mindestens
einem Rad/Rolle den Boden außerhalb der Arenafläche berührt oder etwas außerhalb der Arena berührt, auch
wenn dies nur kurzzeitig passiert. Ein „Überschwenken“ des Arena-Randes z.B. mit dem Manipulator muss
also nicht sofort zu einem Abbruch führen.
Startzone
Die Startzone ist etwa 60x60cm groß und durch schwarze Linien abgegrenzt. Von hier startet der Roboter und
hierher muss er nach der Aufgabenlösung wieder zurückkehren. Die Linien gehören nicht mehr zur Startzone.
3m
3m
0,6m
0,6m
Start
zone
Testprojekt STM16 v1.0 18.09.2016Das Lager
Das Lager ist die komplette Fläche außerhalb der Startzone. Im Lager befinden sich ein oder mehrere
Regalbereiche. Außerdem befindet sich dort eine Anlieferungszone. Durch farbige Linien (rot, grün,
metallsilber) wird die Navigation des Roboters in diesem Bereich unterstützt. Im Fahrbereich des Roboters
können sich Hindernisse (auch maximal ein bewegliches) befinden.
Regalbereiche
Regalbereiche (kurz Regale) werden durch Bodenmarkierungen simuliert. Die äußere Grenze jedes Regals
bildet einen schwarze Linie. Jedem Regal ist genau ein Produkttyp zugeordnet. Der Roboter kann die
Information, welcher Produkttyp zum Regal gehört von einem QR-Code am Boden im oder nahe des
Regalbereichs ablesen.
Produkte
Produkte werden durch Landhockey-Pucks dargestellt. Diese können vom Robotino mittels einer
Transportmechanik manipuliert werden.
Produkte sind ebenfalls mit einem QR-Code markiert, sodass Roboter den Typ eines Produktes erkennen
können
Produkte die über den Rand der Arena verschoben
Produkt mit
werden, gelten als für den Wertungslauf verloren. Produkttyp-Markierung
Anlieferungszone
Die Anlieferungszone ist ein durch schwarze Bodenmarkierungen abgetrennter Bereich des Lagers.
In der Anlieferungszone können sich von extern angelieferte Produkte befinden. Diese sind zu Beginn jedes
Wertungslaufes bereits positioniert, es kommen während eines Wertungslaufes keine weiteren dazu.
Die Position der Produkte und deren Produkttyp in der Anlieferungszone kann von Wertungslauf zu
Wertungslauf variieren. Dabei können zwei Situationen auftreten:
• die Produkte liegen geordnet auf einer Linie mit Abstand von mindestens 20cm zueinander, sodass
eine einfache Manipulation möglich ist. Der Roboter muss eine geeignete Mechanik zum Transport
(z.B. schieben) der Produkte mitbringen.
Anlieferungszone
min. 20cm
• die Produkte liegen auf einer kleinen Fläche zusammengeballt und können sich auch berühren. Für
diesen Fall muss am Roboter ein Manipulator zur Vereinzelung der Produkte vorhanden sein.
Anlieferungszone
Es liegen niemals Produkte übereinander.
Testprojekt STM16 v1.0 18.09.2016Für die AustrianSkills 2018 werden,
auf Grund der Anforderungen im
internationalen Wettbewerb,
die Aufgaben zu Anbauteilen
Transportmechanik und Manipulator umfangreicher sein.
Um Produkte transportieren und vereinzeln zu können benötigt der Roboter eine geeignete Mechanik. Diese
kann statisch (z.B. unbewegliche Anbauteile wie ein Schieber) oder dynamisch (mit programmierbaren
beweglichen Teilen) gestaltet sein. Die Wahl der Materialien ist den Teams überlassen, jedoch gelten folgende
Einschränkungen:
• die mechanische Konstruktion muss zum überwiegenden Teil aus Metall sein (keine
Kunststoffbaukastensysteme wie Lego etc. erlaubt).
• die Bauteile müssen durch solide und industrietaugliche Verbindungen gefügt werden (schrauben,
schweißen, löten, ... ; Befestigung mittels Klebeband oder Kabelbinder zählt nicht dazu)
• für Bewegungen dürfen maximal zwei (Modellbau-) Servomotoren mit einem maximalen Drehmoment
von 15kgcm eingesetzt werden.
• für Feedback dürfen maximal drei Sensoren (davon max. einer analog) verwendet werden.
• Die Motoren und Sensoren müssen über den myRio-Controller angesteuert werden – es sind keine
weiteren Controller erlaubt. Für Zwecke der Spannungsversorgung/-wandlung können zusätzliche
elektronische Schaltkreise vorgesehen werden.
• Alle elektrischen Bauteile müssen eingehaust, elektrische Verbindungen griffsicher isoliert werden.
• Der Robotino darf durch Montage, Verwendung und Demontage nicht verändert oder beschädigt
werden (z.B. dürfen keine neuen Montagelöcher in den Robotino gebohrt werden, Achtung auf
elektrische Verträglichkeit).
• Insgesamt dürfen für die verwendeten Bauteile nicht mehr als 300 Euro Materialkosten eingesetzt
werden. Dies ist durch Rechnungen und/oder aktuelle Katalogpreise zu belegen. Es gelten Preise des
„normalen“ Konsumentenmarktes (z.B. geizhals.at, aber nicht Sonderkonditionen wie BBG).
Hindernisse
Im Lager können unbewegliche Hindernisse vorhanden sein. Die genaue Gestaltung wird bei den
Wettbewerbsaufgaben beschrieben. Die Hindernisse lassen sich jedenfalls von den Abstandssensoren orten
und auch optisch von allen anderen Installationen im Lager unterscheiden. Hindernisse können durch
Bodenmarkierungen (schwarz und/oder Metall) zusätzlich gekennzeichnet sein.
Lagerarbeiter
In einer Teilaufgabe wird im Lager ein weiterer mobiler Roboter – der Lagerarbeiter – unterwegs sein. Der
Lagerarbeiter ist nach einem Algorithmus in einem durch Linien abgegrenzten Bereich unterwegs und besitzt
selbst nur eine primitive Sensorik zur Hinderniserkennung (ausschließlich in Fahrtrichtung, erkanntes
Hindernis führt zu einem Stopp). Der Wettbewerbsroboter darf den Lagerarbeiter keinesfalls berühren oder gar
verschieben oder umkippen. Wird der Lagerarbeiter durch den Wettbewerbsroboter zu einem Stopp
gezwungen, so wird die doppelte Zeit des Stopps auf die Aufgabenlösungszeit des Wettbewerbsroboters
aufgeschlagen.
Der Lagerarbeiter startet zu Beginn eines Wertungslaufes immer von der selben Stelle und mit der selben
Ausrichtung.
Testprojekt STM16 v1.0 18.09.2016Beispiel für eine Wettbewerbsarena
Der Roboter muss Produkte aus der Anlieferungszone in die richtigen Regale zu bringen.
Dabei muss Hindernissen und dem Lagerarbeiter ausgewichen werden.
Über den Wettbewerb wird es dazu mehrere Aufgaben mit steigendem Schwierigkeitsgrad geben (z.B. 1.
Aufgabenstellung: keine Hindernisse, 2. Aufgabenstellung: mehr Produkte, statische Hindernisse, ...). Jede
Aufgabe ist in genau spezifizierte Teilaufgaben gegliedert (z.B. Roboter holt Produkt aus Anlieferungszone,
Roboter bringt Produkt in richtiges Regal, ...)
Die Aufgabenstellungen werden für die einzelnen Wertungsläufe variiert, um eine „Hardcodierung“ der
Lösungen zu verhindern. Mögliche Variationen wären z.B. die Produkttypen der Regale, die Anzahl und
Position der Hindernisse oder die Auswahl und Position der Produkte in der Anlieferungszone sein.
Jedes Team würfelt vor dem Start des Wertungslaufes eine Variante der Aufgabe. Die möglichen Varianten
werden mit der Aufgabenstellung bekannt gegeben.
Regale mit Markierungen für
die Produkttypen
Lager
(keine Wände!)
Lagerarbeiter
Bereich, in dem
sich der Hindernisse
Lagerarbeiter
bewegen kann
Navigationshilfen
Start Anlieferungszone
zone
Testprojekt STM16 v1.0 18.09.2016Lösungspräsentation
Jedem Team stehen pro Aufgabe zwei Präsentationsphasen mit jeweils 15 Minuten zur Verfügung, innerhalb
derer jederzeit EIN Wertungslauf mit maximal 10 Minuten gestartet werden darf.
Die restliche Zeit kann zur Vorbereitung des Wertungslaufes, Verbinden der Roboter etc. genutzt werden.
Die Reihenfolge der Präsentationen wird am ersten Tag ausgelost.
Start eines Wertungslaufes
Innerhalb der Präsentationsphase kann ein Team jederzeit EIN MAL einen Wertungslauf starten. Dies muss
bei der Jury angekündigt werden.
Vor dem tatsächlichen Start werden noch etwaige Zufallselemente per Würfel bestimmt (z.B. die Produkttypen
der Regale)
Der Start wird mit „drei-zwei-eins-Los“ angekündigt, bei „Los“ darf ausschließlich der „Start-Button“ in der
Programmiersoftware bzw. der Weboberfläche des Roboters betätigt werden. Gleichzeitig startet ein
vorhandener Lagerarbeiter.
Bei einem Frühstart wird das Programm gestoppt und der Wertungslauf neu gestartet. Bei einem erneuten
Frühstart gilt der Wertungslauf für diese Präsentationsphase als verbraucht und wird mit 0 Punkten bewertet.
Der Roboter wird vor Beginn eines Wertungslaufes vom Team selbstständig in der Startzone platziert. Die
Ausrichtung darf frei gewählt werden, solange der Roboter mit allen Teilen vollständig innerhalb der Startzone
positioniert (die Linien selbst sind nicht Teil der Startzone) wird.
Während des Wertungslaufes
Der Roboter muss die gestellte Aufgabe autonom erledigen, d.h. das eingesetzte Programm wird auf dem
Roboter selbst ausgeführt. Ein per WLAN verbundener Steuerungscomputer darf vom Team eingesetzt
werden, allerdings erfolgt dies auf eigenes Risiko (z.B. WLAN-Verbindungsabbrüche).
Die Reihenfolge der Lösungsfindung ist frei wählbar, solange in der Aufgabenbeschreibung nichts besonders
vorgeschrieben ist.
Der Wertungslauf darf nicht von außen beeinflusst werden. Jegliche (auch nur versuchte) Einflussnahme am
Roboter, der Arena oder dem Steuerungscomputer führt zu einem Abbruch des Wertungslaufes.
Die Jury kann bei besonderen Umständen einen Wertungslauf abbrechen und neu starten.
Ende eines Wertungslaufes
Ein Wertungslauf endet
• wenn der Roboter alle Aufgaben erfüllt hat und vollständig innerhalb der Startzone zum Stillstand
kommt. Nur in diesem Fall gilt die Aufgabe als komplett gelöst und berechtigt das Team für den
Zeitbonus (siehe Bewertung) oder
• nach Ablauf der maximalen Wertungslaufdauer von 10 Minuten bzw. Ablauf der Präsentationsphase
von 15 Minuten - je nachdem welches Ereignis zuerst eintritt oder
• wenn der Roboter die Aufbauten der Aufgaben in der Wettbewerbsarena verschiebt/verändert, die
Arena beschädigt oder verlässt oder
• wenn das bewertete Team den Abbruch des Wertungslaufes fordert oder
• ein unerlaubter Eingriff in die Wettbewerbsarena oder am Steuerungscomputer erfolgt.
In den ersten vier Fällen wird jedenfalls die bis zum Ende des Wertungslaufes erreichte Punktezahl gewertet.
Im letzten Fall entscheidet die Jury.
Testprojekt STM16 v1.0 18.09.2016Bewertung Jeder Wertungslauf eines Teams wird von 3 Jury-Mitgliedern beobachtet. Für jede Teilaufgabe wird unmittelbar nach deren Lösung(sversuch) entschieden, ob diese gelöst wurde oder nicht. Jede Teilaufgabe kann entweder vollständig gelöst werden (volle Punkteanzahl) oder nicht (keine Punkte). Teilaufgaben werden nicht weiter unterteilt. Die Punkteverteilung auf die Teilaufgaben ist bei der Aufgabenbeschreibung angeführt. Löst mindestens ein Roboter die komplette Aufgabe innerhalb eines Wertungslaufes, wird ein Zeitbonus vergeben. Dieser verteilt sich anteilig auf alle Roboter mit einer kompletten Lösung, gewichtet nach der benötigten Zeit. Für eine Blockade des Lagerarbeiters werden „Strafzeiten“ vergeben (siehe „Lagerarbeiter“) Die notierten Bewertungen können direkt nach dem Wertungslauf vom bewerteten Team eingesehen werden. Erfolgt dabei kein Einspruch gilt das Ergebnis als fixiert und kann zu keinem späteren Zeitpunkt mehr korrigiert werden. Gibt es am Ende des Bewerbes ein Ex-Aequo unter den ersten drei Plätzen, wird die beste Laufzeit jeder Aufgabe (unabhängig ob die Aufgabe vollständig gelöst wurde) zusätzlich zum Finden einer eindeutigen Reihenfolge herangezogen. Jury Die Jury eines Wertungslaufes besteht aus drei Juroren, die sich aus den Betreuern der Teams und/oder Personen der Wettbewerbsorganisation rekrutieren. Es darf in keinem Fall ein Betreuer sein eigenes Team bewerten. Testprojekt STM16 v1.0 18.09.2016
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