Łazik Kalman powalczy w prestiżowym University Rover Challenge w USA

1 czerwca rozpoczyna się University Rover Challenge – doroczny konkurs robotów organizowany przez stowarzyszenie The Mars Society, przeznaczony dla drużyn studenckich z całego świata. Zawody odbywają się na pustyni w stanie Utah, w okolicach Mars Desert Research Station (MDRS) – symulowanej bazy marsjańskiej.
Z Krakowa (jako jeden z 4 polskich zespołów) na zawody wyruszy zespół AGH Space Systems, który współtworzą także studenci Wydziału Informatyki, Elektroniki i Telekomunikacji!

AGH Space Systems to studencki zespół konstrukcyjny działający od 2014 r. przy Akademii Górniczo – Hutniczej, zajmujący się rozwijaniem technologii przemysłu kosmicznego. Budują rakiety, łaziki marsjańskie, lądowniki planetarne, oraz gondole balonów stratosferycznych.

Studenci naszego Wydziału zaangażowani są w głównej mierze jako elektronicy oraz programiści w sekcji rakiet oraz łazika, ponadto udzielają się w sekcji marketingu.

Na zbliżające się zawody do USA pojedzie łazik Kalman. Nazwa „Kalman” pochodzi od filtra Kalmana, który jest wykorzystywany w oprogramowaniu jazdy autonomicznej w procesie łączenia i interpretowania danych z wielu sensorów.
Jak możemy przeczytać na stronie twórców efektem wieloletniej pracy zespołu konstruktorskiego jest „zwinny, czterokołowy pojazd o przeznaczeniu badawczym”. Łazik przeszedł przez ostatnie 5 lat wielką przemianę, na którą mieli niemały wpływ studenci WIEiT.

Nasi studenci działają w zespole elektroniki oraz software, zajmując się zadaniami związanymi z projektowaniem PCB, programowaniem embedded, łącznością bezprzewodową oraz pracą nad systemem jazdy autonomicznej robota i aplikacją pozwalająca na sterowanie nim przez człowieka. Przybliżmy nieco te złożone problemy jakim konstruktorzy muszą stawić czoła.

Rozwój systemu autonomicznej nawigacji

Jedną z flagowych funkcjonalności Kalmana jest samodzielna, autonomiczna nawigacja, nawet w trudnym i nieznanym uprzednio terenie, zawierającym nieprzejezdne przeszkody. Na oprogramowanie do autonomicznej nawigacji składa się szereg algorytmów, bazujących na danych otrzymywanych z czujników robota. Teren, po którym łazik porusza się podczas zawodów, jest terenem marsjańskim, pełnym kraterów, kamieni, wzniesień oraz dołów. Dotychczas system autonomicznej nawigacji pozwalał wykrywać jedynie wypukłe przeszkody, takie jak ściany czy kamienie. W ramach tegorocznego rozwoju systemu opracowana została funkcja rozpoznawania również przeszkód wklęsłych, takich jak doły czy kratery.

Uniwersalne moduły elektroniczne

System elektroniki łazika składa się z osobnych, autorsko zaprojektowanych modułów, których współdziałanie zapewnia poprawną pracę całego systemu. W ramach tegorocznych zmian wszystkie kluczowe płytki PCB zostały zaprojektowane na nowo przez naszych elektroników według uniwersalnego standardu, pozwalającego na ich błyskawiczne mocowanie na szynach wewnątrz robota. Dzięki ujednoliceniu standardu modułów, stworzony został gotowy wzorzec projektowy, zawierający podstawowe złącza, ustalone rozmiary płytki, czy szablony do generacji plików do produkcji. Co za tym idzie, tworzenie kolejnych modułów będzie przebiegać w szybszy sposób, ponieważ możliwa będzie kontynuacja budowy na już częściowo zaprojektowanej płytce PCB, zamiast zaczyniania projektu od zera. Nowa koncepcja systemu niesie ze sobą wiele korzyści. Zastosowanie ujednolicenia znacząco zmniejszyło liczbę przewodów, co wpływa na mniejszą masę łazika. Dodatkowo, nowy standard modułów poprawi jego niezawodność oraz zaoszczędzi czas potrzebny do tworzenia kolejnych części, co znacząco przyspieszy przyszły rozwój łazika.

łazik Kalman University Rover Challenge
łazik Kalman

Rozwój systemu wizji i łączności
Wykonywanie precyzyjnych prac manipulatorem pod presją czasu jest stałym wyzwaniem, stawianym przed studenckimi konstrukcjami podczas zawodów z serii Rover Challenge, w których konkuruje AGH Space Systems. Dotychczas podczas wykonywania tego zadania, łazik był sterowany przez człowieka przy użyciu wizji cyfrowej, jednak nie było to optymalne rozwiązanie. Obraz przesyłany przez kamery robota do operatora posiadał jakość utrudniającą percepcję głębi i odległości pomiędzy obiektami, a nieuniknione opóźnienie transmisji stanowiło dodatkowe wyzwanie dla osoby obsługującej robota. W ramach tegorocznych udoskonaleń zespół wyposażył łazika w system wizji analogowej. Wizja analogowa zapewnia o wiele lepszy zasięg, co wpływa na stabilność połączenia i łatwiejsze wykonywanie poszczególnych zadań. System ten posiada niskie opóźnienie, dzięki któremu w trakcie zawodów zaoszczędzona zostanie znaczna ilość czasu, który do tej pory był marnowany na oczekiwanie na odpowiedzi pomiędzy operatorem a łazikiem. Ma to zagwarantować znaczącą przewagę nad innymi zespołami startującymi w międzynarodowych zawodach. Jednocześnie warto zaznaczyć, że ergonomia sterowania robotem przez człowieka jest w dzisiejszych czasach przedmiotem intensywnych prac naukowych oraz komercyjnych, w związku z tym modyfikacja wpisuje się w najnowsze zapotrzebowania na rynku robotyki.

Wydział Informatyki, Elektroniki i Telekomunikacji w AGH Space Systems reprezentują:
– Zachariasz Mońka student I roku na II stopniu Elektroniki i Telekomunikacji
– Piotr Sławęcki student I roku na II stopniu Informatyki. Tu trzeba podkreślić, że jest zaangażowany w prace nad hybrydową rakietą 3-TTK, która pod koniec czerwca br. wystąpi z AGH Space Systems w Spaceport America Cup 2022 – największych zawodach inżynierii rakietowej na świecie.
– Przemysław Węglik student II roku na I stopniu Informatyki
– Michał Stankiewicz student III roku na I stopniu Elektroniki.

Trzymamy kciuki za cały zespół AGH Space Systems i czekamy z niecierpliwością na wieści zza oceanu!

Więcej na temat AGH Space Systems

AGH Space Systems na Facebooku

Fotografia 1. Uczestnicy European Rover Challenge 2021 fot. Natalia Deyna KSAF
Fotografia 2. Praca nad usprawnieniami łazika, fot. archiwum AGH Space System