Ettevalmistus robotijalgpalliks on omaette teadus


Avaldaja:Madli Leikop20. Jaanuar 2016

Ettevalmistus robotijalgpalliks on nagu omaette teadus. See nõuab teadmisi mehaanikast, elektroonikast, programmeerimisest, roboti välimustki tuleb disainida. Meeskond, kes roboti valmis ehitab ja seda hiljem arendab, pannakse kokku nii, et seal oleks vähemalt üks asjatundja igast valdkonnast.

Jalgpallirobotid võtavad mõõtu iga-aastasel suurel robotivõistlusel Robotex, mida korraldab Tallinna Tehnikaülikool (TTÜ) koostöös Tartu Ülikooli (TÜ) ja Hariduse Infotehnoloogia Sihtasutusega. Robotijalgpall oli ka äsjasel, detsembris 2015 toimunud 15. Robotexil väga populaarne võistlus nii osalejate kui pealtvaatajate seas.

Robotite arendamine võistluseks on jõukohane harjutus

„Robootika mõiste on üsna lai. Mõned robotid on tehastes juba aastakümneid samu monotoonseid liigutusi teinud. Üldjuhul on robotivõistluste eesmärk arendada n-ö tarku roboteid, mis vastavalt muutuvale olukorrale võtavad robotiarendajate programmeeritud reeglite põhjal iseseisvalt vastu otsuseid, mida teha. Nn tark robootika on veel lapsekingades valdkond. Robotite arendamine võistluseks on jõukohane harjutus ja probleemilahendus tudengitele ja väiksematele gruppidele, see sobib hästi valdkonnaga tutvumiseks,“ ütleb Ronald Tammepõld, kes töötab Helsingis robootika startupis ZenRobotics ning kes Robotexil juhendas III koha saavutanud TTÜ Robotiklubi meeskonda. Nende robot kannab nime Sangpomm. Meeskonda kuulusid veel TTÜ tööstus- ja tsiviilehituse eriala tudeng Aleksandr Ess ja mehatroonika eriala lõpetanud Kristjan Joost. 

„Baasteadmised roboti arendamiseks peaks tulema ülikoolis õppides. Praktikas on meist enamus iseõppinud ja robotite arendajad kipuvad olema keskmisest tudengist uudishimulikumad ja hakkajamad. TTÜ-s õppisin elektroonikat, aga tarkvaraarendust olen õppinud peamiselt omal käel. Tarkvaraarenduses aitab paljudel alustada TTÜ Robotiklubis korraldatud programmeerimise ja robootika algkursused,“ ütleb Ronald Tammepõld.

IMG_3291.jpg

Robotex 2015.

Roadkilli meeskonnal on mitmekordne Robotexil osalemise kogemus

Ka Robotexil robotite jalgpallis I koha saavutanud Tartu Ülikooli meeskonna Roadkill (robot 001TRT) esindaja Reiko Randoja ütleb, et teadmised kogunevad robootikaga tegelemisel. “Ülikooli erinevatest ainetest saab baasteadmised programmeerimisest ning mehaanika ja elektroonika disainimisest. Kindlasti tulevad kasuks ka üldisemad matemaatika, füüsika ja programmeerimise ained. Tartu Ülikoolis toimub jalgpallirobotite/Robotexi robotite ehitamine igal sügisel aine „Robootika praktikum“ raames. Kuna ma magistrantuuri alguses otsustasin, et tegelen pigem huvitavate ainetega, mitte ainetega, mis kindlasti lõpetamiseks vajalikud on, siis sai sellest osa võetud,“ iseloomustab robootika juurde jõudmist Reiko Randoja.

Roadkilli meeskonna liikmed on mitmekordse Robotexil osalemise kogemusega, nad kõik (Allan Kustavus, Antti Jaaniste, Hanno Soo, Karl Oskar Lember, Mark Laane, Rainer Keerdo, Reiko Randoja, Tõnis Tiimus) on oma õpingud Tartu Ülikoolis sidunud infotehnoloogiaga: osa matemaatika-informaatikateaduskonnas tarkvaratehnika õppekaval ja osa LOTE teaduskonnas arvutitehnika õppekaval.

Võib arvata, et robootikaga tegelevad õppimise kõrvalt hakkajamad ja ambitsioonikamad tudengid. Missugused iseloomuomadused robotiehitajale kasuks tulevad? Ilmselt tonnide kaupa kannatlikkust?

„Kärsitusega ei jõua ühelgi alal kaugele,“ ütleb Ronald Tammepõld. „Robotite arenduses on pea alati suuremad meeskonnad, kus liikmed on erinevatelt erialadelt ja erineva taustaga. Meeskonnaliikmed peavad olema piisavalt multidistsiplinaarsed, et  erinevad grupid üksteist mõistaksid ja koostööd saaksid teha. Väiksemas meeskonnas on kasulik, kui iga liige on mingil määral huvitatud ja valmis kaasa rääkima teemadel, mis ei kuulu täpselt tema valdkonda. See eeldab laiemat silmaringi ja rohkem uudishimu.“

„Ilmselt kõige tähtsam ongi meeskonnaga ühise keele leidmine,“ täiendab öeldut Aleksandr Ess TTÜ Robotiklubi võistkonnast. „Roboti ehitamine annab palju praktilist kogemust asjade kohta, mida üldjuhul õpitakse ainult teoreetilisel tasemel. See arendab kõige rohkem loogilist mõtlemist, sest ükskõik kui lihtne ülesanne ka poleks, tuleb see robotile puust ja punaselt selgeks teha.“

„Kui pole meeskonnatööd, siis asjad lihtsalt ei suju,“ kinnitab ka Kristjan Joost.

dsc_0188_8fMo4g67.jpg

Robotex 2014.

Kui kaua võtab aega ühe jalgpalliroboti ehitamine?

Reiko Randoja, TÜ: „Ma ei ole aega roboti ehitamisel kunagi täpselt lugenud. Kui on olemas eelnevad teadmised ja kogemused, aga ei ole varem jalgpallirobotit ehitanud, siis võib hea roboti valmis saamine võtta umbes aasta täistööaega ehk ümmarguselt 2000 tundi. Kui teadmisi roboti ehitamiseks napib, siis võib selle aja vähemalt kolmega korrutada. See aeg jaguneb võistkonnaliikmete vahel ära ning sellest sõltub, kui kiiresti robot valmis saab.

Roboti ehitamine algab disainiprotsessist, mis ei lõppe täielikult enne kui robotid võistlemas on. See sisaldab mehaanika ja elektroonika disaini ning komponentide (näiteks mootorid ja muu elektroonika) otsimist ning endale nende kasutamise selgeks tegemist.

Võistkonna mehaanika ja elektroonikaga tegelevatel inimestel on esimene eesmärk saada valmis robot sellisel kujul, et programmeerija(d) saaks seda kasutada koodi testimisel, ja siis jooksvalt riistvara täiendada.

Programmeerimisega saab alustada üldisemast koodist. Näiteks pilditöötlust saab alguses kirjutada ainult kaameraid kasutades. Mänguloogika arendamiseks on võimalik alguses programmeerida simulaator, kus robot on realiseeritud tarkvaraliselt.

Rollid jaotuvad meeskonnas eelkõige vastavalt oskustele ja sellele, millega võistkonna liikmed ise tegeleda tahavad; jooksvalt tuleb erinevate asjadega tegeleda.“

Aleksandr Ess, TTÜ: „Meie võistkonna uut tüüpi jalgpallirobot sai 3D-mudeli kujul valmis 2014. aasta  suveks. Sellele järgnes kohe juppide tellimine ja roboti kokkupanemine. Robot hakkas reaalselt sõitma alles kaks nädalat enne 2014. aasta Robotexi, esimese iseseisva värava lõi ta üks päev enne. Meie Sangpomm jäi siis 7.-8. kohale ja võib seda lugeda pigem roboti katsesõiduks.
 
2015. aastal toimus roboti tarkuse arendamine. Esiteks tuleb kaamerast saadud pilti töödelda ning oluline info sisse lugeda, siis saadud andmed analüüsida, valida parim pall ja mõelda välja, kuidas selle pallini paremini jõuda. Koostöös Ronald Tammepõlluga  sai kogu süsteemi aasta jooksul mitu korda ümber tehtud, iga korraga kiiremaks, targemaks, keerulisemaks. Kokkuvõttes ei ole 2014. ja 2015. aasta roboti tarkus isegi ligilähedaselt võrreldav.“

Mis on robotite jalgpalli kõige põnevam võistlusmoment?

Aleksandr Ess, TTÜ: „Teist aastat järjest osutus roboti jaoks kõige keerulisemaks tehnilise kontrolli läbimine. Viimase minuti tehnilise rikke pärast oleks väga napilt pidanud koju ära minema, õnneks Tartu Ülikooli meeskond ja elektrooniku väga nobedad näpud päästsid olukorra.
Võistluse ajal oligi kõige pingelisem vahetult enne starti,  kas robot ikka hakkab sõitma ja sõidab õige värava suunas.  Mängu ajal on vastupidi väga rahulik olemine, sest siis ei saa enam midagi muuta, tuleb lihtsalt kaasa elada.

Minul kui roboti tarkvaraarendajal oli pidevalt kiusatus mängude vahel roboti koodis üht või teist muuta. Õnneks suutsin sellele kiusatusele vastu panna, sest igasugune testimata kood on väga ohtlik mängu kvaliteedile.“

Kristjan Joost, TTÜ: „Kõige pingelisemad hetked on kindlasti mängu alguses. Kunagi ei tea, kas robot hakkab perfektselt tööle või tekivad tal mingid probleemid. Üsna tihti on mänge, kus robot läheb n-ö “lolliks“ – kas jookseb mingi kood kokku või lakkab mingi asi lihtsalt töötamast, samas järgmine mäng on jälle kõik korras.

Viimatisel võistlusel tundus, et robot isiklikult suutis kõige suurema võistluseelse pinge enda peale võtta ning Robotexi võistluse eelhommikul enda löögimehhanismi elektroonikas teatud komponendi õhku lasta. Kogu löögimehhanismi elektroonika võib nüüd vist ametlikult ümber nimetada motivatsioonitapjaks, aga me ei lasknud pead norgu. Mõtlesime käigupealt välja lahenduse ning läbisime tehnilise kontrolli viimastel minutitel.

Kõige põnevamad on kindlasti need mänguhetked, kui sa näed, et kõik sujub hästi ja robot suudab pallid järjest väravasse lüüa ning tead, et sa oled juhtimas.
Oodatuim hetk on võistluspäev ise, kuna selle nimel on ju kogu aasta tööd tehtud ja tahad oma tööd ja vaeva võistlustel proovile panna.“

Reiko Randoja, TÜ : „Kõige pingelisem on ebakindlus roboti töökindluse suhtes - kas robot peab mehaaniliselt vastu ja kas mänguloogika toimib ootuspäraselt. Roboti võimekus tuleb tavaliselt välja viimastel nädalatel enne võistlust ja sõltuvalt esinevatest probleemidest kujuneb üldine kindlustunne võistlusvõimekuse kohta.“

IMG_3297.jpg

Robotex 2015.

Mis tagas TÜ võistkonnale Roadkill seekordsel Robotexil edu?  

Reiko Randoja, TÜ: „Eelkõige tagab edu eesmärgipärane aja kulutamine. Levinud probleem kipub olema keerukuse ja ajakulu alahindamine. See probleem paraneb veidi kogemusega. Lisaks tagab edu, kui ei löö käega: kui midagi osutub keeruliseks, tuleb selle peale rohkem aega kulutada või leida lihtsam alternatiiv. Seekordsel Robotexil tagas edu eelkõige varasem kogemus.“

Kas ja kuidas toetab robootikaga tegelemine kõrgkooliõpinguid, eriti, kui on valitud IT-eriala? Ja mis robootika juures enim köidab?

Reiko Randoja, TÜ : „Ennekõike saad aru, miks õpitud teadmisi üldse vaja on ning kus ja kuidas neid rakendada saab. Loeng muutub palju huvitavamaks, kui seal räägitakse asjadest, mida roboti ehitamise või millegi muu juures vaja läheb. Lisaks aitab robootika ülikoolis õpitud teadmisi süvendada.

Enim köidab robotiehituse loominguline protsess; alguses uurimine, mida ja kuidas teha, ning selle põhjal roboti disainimine. Roboti reaalne ehitamine võib üsna tüütuks kujuneda, aga kui midagi töötavat on valmis saanud, siis see on suur innustus jätkamiseks.“

Kristjan Joost, TTÜ: „Tahtsin robootikaklubi projektiga ühineda, et ülikooli jooksul midagi suuremat oma kätega valmis teha ja sellest korralik kogemuste pagas tasku panna. Hiljem sidusin ka oma lõputöö antud robotiga. Praegu võin öelda, et see on pigem hobi, mis sind kiiresti kaasa haarab.“

Ronald Tammepõld: „Robotite arendamine on üks paljudest, kuid minu arvates parim moodus õpingutes omandatu praktikasse panna ning õpinguid täiendada. Paljudes valdkondades hindavad tööandjad robotiklubis saadud kogemusi väga kõrgelt, kõrgemalt kui lõpetatud kraad.“

Aleksandr Ess,TTÜ: „ Minu jaoks algas robootika pigem harrastusena. Algul ei olnud mul mingeid eelteadmisi ega kvalifikatsiooni. Tuli välja, et alustamiseks piisabki ainult huvist asja vastu. Praeguseks olen juurde saanud väga palju IT-alaseid teadmisi , mida ma aktiivselt kasutan ka ehitusprojekteerimise valdkonnas.“

Fotod Robotex 2014 võistluselt Robotexi kodulehe galeriist; Robotex 2015 võistluselt autori fotod.

Samal teemal: