European RoboCupJunior 2023

RoboCup Junior je natjecanje za koje učenici osnovnih i srednjih škola u ekipama razvijaju napredne autonomne robote koji rješavaju kompleksne zadatke. Natjecatelji moraju osmisliti i sastaviti mehanički i elektronički dio robota, te isprogramirati računalo tako da njime upravlja. Zadaci su takvi da svaki od tih aspekata donosi mnoge izazove, ali i mogućnost za kreativnost i inovacije. Hrvatska već dugi niz godina postiže odlične rezultate na međunarodnim natjecanjima, a ove godine dobila je čast organizirati europsko prvenstvo na kojem je sudjelovalo više od petsto učenika iz različitih zemalja. Hrvatski natjecatelji osvojili su čak sedam medalja.

Sportska dvorana: Varaždinska Arena ugostila je velik broj natjecatelja i robota te je bilo  odlično  vidjeti toliki broj nadarenih robotičara na jednom mjestu

Format natjecanja

Posebnost RoboCup Junior natjecanja je to što su zadaci koje roboti rješavaju slični prošlogodišnjima, ali složeniji, a točna pravila su poznata mjesecima prije natjecanja. Učenici ne sastavljaju i ne programiraju robot na samom natjecanju, već kod kuće. Roboti se grade i razvijaju mjesecima, a nerijetko i godinama. Takav format omogućuje da zadaci budu vrlo zahtjevni, zbog čega je natjecanje zanimljivije, a roboti koje timovi razviju zaista napredni. 

Natjecanje se dijeli na tri glavne kategorije: Rescue, Soccer i OnStage, svaka od kojih ima nekoliko potkategorija. Kategorija Rescue zamišljena je kao simulacija robota koji spašava ljude u slučaju neke katastrofe poput potresa ili požara. U potkategoriji Rescue Line robot mora pratiti crnu crtu na bijeloj podlozi. Na njoj se mogu nalaziti prepreke koje robot mora zaobići, neravnine preko kojih treba preći, raskrižja, uzbrdice, komplicirani zavoji i slični problemi. Crta vodi robot u sobu u kojoj se nalaze loptice, koje predstavljaju žrtve, a koje robot mora pronaći i staviti u određeni dio prostorije. Postoji i Rescue Maze, gdje se robot mora snalaziti u labirintu i pronalaziti žrtve označene slovima ili bojama. Kada pronađe žrtvu, pored nje mora ostaviti „paket za prvu pomoć“, odnosno malu kockicu koja ga predstavlja. Uz njih postoje i kategorije Rescue Simulation i CoSpace, koje ne uključuju fizičke robote, već se sve odvija u računalnoj simulaciji. U kategoriji Soccer roboti jedni protiv drugih igraju nogomet. Ovisno o potkategoriji, lopta može emitirati infracrveni signal koji omogućava robotu da ju pronađe, ili ju roboti moraju pronaći pomoću kamere. Također, u nekim Soccer kategorijama natječu se timovi od dva robota koji onda moraju efikasno surađivati. Natjecatelji u OnStageu moraju osmisliti koreografiju i nastupati na pozornici zajedno sa svojim robotima.

Sudačka ekipa: Svaka postaja ima stručne suce zadužene za bodovanje i poštivanje pravila tijekom natjecanja

Roboti

Budući da su rađeni za specifične zadatke, natjecateljski roboti ne izgledaju onako kako bi ih većina ljudi zamislila kada čuje riječ „robot“. Ne hodaju i ne izgledaju ljudski, jer to samo dodaje kompleksnost – umjesto toga kreću se pomoću kotača ili gusjenica. Često nisu uredni i zatvoreni, nego su žice i elektroničke komponente vidljive posvuda – tako ih je lakše popravljati i mijenjati. Ono što ih zaista čini robotima je da su u potpunosti autonomni, odnosno „sami razmišljaju“. Nitko njima ne upravlja niti s njima komunicira, već je robot prepušten sam sebi i mora se snalaziti samo preko podataka koje dobiva iz svojih senzora. Zadaci koji nama ljudima izgledaju trivijalno, kao na primjer pratiti crnu crtu ili locirati loptu na nogometnom terenu, odjednom postaju mnogo teži. Popularne platforme za izradu robota su Lego i Fischertechnik, koje nude mehaničke dijelove, senzore i kontroler za robota. Mnogi timovi rade robote bez ikakvih gotovih dijelova, pomoću 3D printera ili drugim metodama. Takvim robotima obično upravlja Arduino ili sličan mikrokontroler, dok neki napredniji roboti imaju i jača računala. Na robotima se najčešće viđaju ultrazvučni senzori udaljenosti, infracrveni senzori za reflektivnost podloge (za praćenje crte), senzori boje, senzori dodira i kamere.

Zanimljiv mehanizam:  Moglo se vidjeti robote s različitim dodacima kao ovaj koji koristi cijev za skupljanje i pohranjivanje loptica

Organizacijski izazovi

„Svi su bili zatečeni dobrom organizacijom. Pohvalili su nas i Talijani, Nijemci, Mađari, dakle oni koji redovito idu na međunarodna robotička natjecanja“, rekla nam je profesorica Jelka Hrnjić, tajnica Hrvatskog društva za robotiku koja već dugo sudjeluje u planiranju robotičkih natjecanja u Hrvatskoj. Naravno, te pohvale zaslužene su s puno rada i truda. „Organizacija je bila vrlo složena. Pripreme su počele već u devetom mjesecu, i od tada smo se sastajali gotovo svaki vikend da planiramo natjecanje. Velika većina rada bila je odrađena volonterski, i ne bismo uspjeli bez podrške naših srednjoškolaca i studenata koji se na ovom natjecanju nisu natjecali, te njihovih roditelja. Na samom natjecanju svakog je dana radilo oko 130 volontera“, nastavila je prof. Hrnjić. Prostor i financijsku podršku osigurali su Varaždinska županija, Hrvatski robotički savez i Grad Varaždin. Zanimalo nas je još i kako je Hrvatska dobila priliku da ugosti europsko prvenstvo. „Prvu priliku da organiziramo europsko prvenstvo dobili smo već 2019. godine u Njemačkoj, kada su nas predložili na temelju odličnih rezultata naših robotičara. Međutim, tada nismo bili spremni za to, pa smo morali odbiti. Zatim je dvije godine bila korona, a onda su nas prošle godine Portugalci ponovno predložili. Organizirati to natjecanje bila je velika želja Ivice Kolarića, tako da smo prihvatili, iako smo znali da je to vrlo zahtjevan zadatak za Hrvatsku.“ 

Jelka Hrnjić: Tajnica Hrvatskog društva za robotiku već dugo sudjeluje u planiranju robotičkih natjecanja u Hrvatskoj

Testiranje: Poligoni za testiranje i podešavanje robota ključni su u pripremi za natjecanje

Robotika u Hrvatskoj

Nacionalni predstavnik za Hrvatsku Ivica Kolarić iz Varaždina je takoreći pokrenuo robotička natjecanja i edukaciju u Hrvatskoj. Pod njegovim vodstvom je hrvatska ekipa 2011. prvi puta otišla na svjetsko RoboCup Junior natjecanje. Od tada naši robotičari postižu odlične rezultate na europskim i svjetskim natjecanjima, a svake godine sudjeluju u sve više različitih kategorija. Njihovi uspjesi zapravo su više prepoznati u svijetu nego u samoj Hrvatskoj. „Žao mi je što natjecanje nije bilo više medijski pokriveno. To je jako veliko događanje u koje je bilo uloženo puno truda i vremena“, primijetila je Jelka Hrnjić. Za one koji su za robotiku zainteresirani, vikendima se u školi Mate Lovraka u Zagrebu i u Centru izvrsnosti u Varaždinu organiziraju robotičke radionice za djecu, a svake godine održava se i naše državno RoboCup Junior natjecanje.

Utakmica: Igranje nogometa ogroman je izazov za robote i vrhunac dugih priprema natjecatelja

Nema predaha: Hrvatski tim dorađuje program svog robota tokom natjecanja

Najbolji u kategoriji Rescue Line - Tim A.S.C iz Mađarske

Ovaj robot napravljen je većinom od 3D printanih dijelova. Ima četiri kotača, svaki od kojih pogoni jedan elektromotor. Motori na prednjim kotačima imaju encodere, odnosno brojače okretaja koji omogućuju robotu da se precizno kreće. Robot skreće tako da lijeve i desne kotače pogoni različitom brzinom, slično tenku. S donje strane robota vidljivo je deset senzora za crtu i dva senzora za boju. Senzori za crtu sastoje se od infracrvene LE diode koja osvjetljava podlogu, te fotoćelije koja detektira količinu odbijene svjetlosti. Na taj način robot razlikuje bijelu od crne boje, a pomoću svih deset senzora može odrediti poziciju crte ispod sebe. Na temelju tih podataka robot uvijek skreće prema crti. Senzori za boju služe da se detektiraju zeleni kvadratići koji govore robotu kamo treba skrenuti na raskrižju. Robot ima nekoliko senzora za udaljenost koje koristi za detekciju prepreka na putu, pronalaženje loptica i drugo. Opremljen je i kamerom koja inače služi za praćenje crte, no zbog svjetlosnih uvjeta natjecatelji su odlučili ipak koristiti IR senzore. Ulogu mozga ima Arduino Mega Pro. Za hvatanje loptica robot je opremljen hvataljkom koju pogone servomotori, a na vrhu robota nalazi se spremište za loptice, tako da ih može nositi po četiri odjednom prije nego što ih stavi u označeno područje. Velik dio uspjeha krije se, naravno, i u vrlo kompleksnom programu koji upravlja robotom. Za kraj, pitali smo pobjednike što bi htjeli poboljšati na svom robotu: „Za početak, preširok je, tako da ponekad zapinje za prepreke. Nismo zadovoljni niti s kotačima, htjeli bismo na njih staviti bolju gumu, koja bolje prianja. Željeli bismo staviti i žiroskop i kompas na robot, no s tim smo imali raznih problema, pa nismo stigli to napraviti za ovo natjecanje.“

Obavljen zadatak: Robot upravo izbacuje kuglice u označeno područje u jednoj od kategorija natjecanja

Pogled odozdo: Impresivan pogled na mnogobrojne senzore i motore

Najbolji u kategoriji Soccer Lightweight - Tim SPQR 1 iz Italije

Kod robotskog nogometa vrlo je važna brzina i pokretljivost robota. Iz tog razloga ovaj robot ima tri snažna elektromotora koje pogone tri vrlo posebna, takozvana „svesmjerna“ kotača. Na obodu kotača umjesto gume posloženi su mali valjčići koji se mogu okretati. Uz standardne kotače, robot se nikako ne može kretati u smjeru okomitom na okretanje kotača, no ovi posebni kotači to omogućavaju. Pravilnim reguliranjem brzine sva tri elektromotora, robot se može pomicati naprijed, nazad, lijevo, desno ili u bilo kojem drugom smjeru bez da se mora okretati. Robot pronalazi loptu pomoću niza senzora koji detektiraju infracrveni signal koji ona odašilje. Čudni „tanjur“ na vrhu robota zapravo je kuglasto zrcalo kućne izrade. Ono omogućuje kameri koja je s donje strane zrcala da gleda u svim smjerovima istovremeno. Njenu sliku robot koristi za snalaženje na terenu i detektiranje golova. Za pucanje lopte koristi se solenoid. „Gotovo sve što vidite na robotu napravili smo sami. Izrezali smo ploče od stakloplastike, dizajnirali smo tiskanu pločicu, zalemili smo na nju komponente, napravili smo kotače, napravili smo zrcalo…“, rekli su članovi tima. Robot je isprogramiran na način da može biti u nekoliko različitih stanja koja mu mijenjaju ponašanje, na primjer, napadanje ili obrana.

Popravljanje kotača: Treba biti spreman na dorade jer na natjecanju uvijek ima problema koji su rješivi uz malo truda

Proglašenje pobjednika: Hrvati su osvojili čak sedam medalja u jakoj međunarodnoj konkurenciji