Darts játékra képes önműködő robotot fejlesztettek a Gépészmérnöki Kar mechatronika szakos hallgatói.

„A diákok szakmai tudására, kreativitására, csapatmunkájára és az együttműködésükre is szükség volt ahhoz, hogy sikerre vigyék a projektet. Az alapoktól kezdtek mindent és másfél év szüntelen munka, ’feláldozott’ szabadidő és néhány nehézségen történő átlendülés után a darts-ozó robot mostanra az egyetemre látogató közönség előtt debütált” – méltatta tanítványait Budai Csaba, a Gépészmérnöki Kar (GPK) Mechatronika, Optika és Gépészeti Informatika Tanszék (MOGI) adjunktusa. A szakember 2017-ben az „Adaptív mechatronikai rendszerek” című kurzus oktatójaként vetette fel mesterszakos hallgatóinak a rendhagyó és mérnöki kreativitást igénylő feladat ötletét, amely rögtön elnyerte a tetszésüket. Egy darts játékra önállóan képes robot megtervezésére és programozására kérte a fiatalokat. „A sztenderd ’számolgatós’ feladatok helyett olyan munkát szerettem volna nekik adni, amelyben kiélhetik alkotási vágyukat, megtapasztalják, milyen egyszerre önállóan és csapatban dolgozni úgy, hogy mindeközben jól érzik magukat” – sorolta a legfontosabb motivációs tényezőket. A kezdetben 8-10 fős robotfejlesztő csapat később folyamatosan bővült: volt, aki nyári gyakorlata, éves projektfeladata vagy szakdolgozata tárgyaként tekintett a kihívásra, ám volt olyan fiatal is, aki önszorgalomból, egyéni érdeklődése okán csatlakozott a társasághoz.

„Elsőként laboratóriumi körülményeket teremtettünk a tanszék egyik helyiségében: a hallgatókkal közösen kiépítettük a megfelelő áramellátást, a gépezet körüli biztonsági kört a fénysorompó és a vészleállító gomb segítségével, majd a diákok megismerkedtek a robotkarral és programozási lehetőségeivel” - osztotta meg a kezdeti lépéseket Budai Csaba. A közös hallgatói-oktatói mérnöki vállalkozás „alanya” a tanszék korábbi, robotizált alakítástechnikai kísérletekhez alkalmazott KUKA Robotics gyártmányú robotkara, amely a projekt révén darts-funkciót kapott.

„A robotkar a térben előre meghatározott elhelyezkedésű, egy hallgató által egyedileg megtervezett külsejű és szerkezetű tűtartó tokokból veszi fel a dartstűket, startpozícióba áll, majd lendületet vesz és elindítja a dobást. Egyelőre még emberi beavatkozás szükséges a gépezet számára a hajításhoz szükséges koordináták és a sebesség megadásához. Ezekre az adatokra a későbbiekben különféle számításokat alapozhatnak, amelyekből a röppálya íve, az elért pontszámok és a pontosabb lövés is kiszámolható” – részletezte a fejlesztés technikai adottságait a GPK MOGI oktatója.

A kísérlethez egy kereskedelmi forgalomban kapható, digitális kijelzővel ellátott dartstáblát alkalmaztak, amelynek gyári elektronikáját egy saját tervezésű rendszerre cseréltek a mérnökhallgatók.

Az új elektronika információkat továbbít a robothoz kapcsolt számítógép felé egyebek mellett arról, hogy a dartstábla melyik szektorába érkezett a tű, azaz milyen pontot dobott a szerkezet. Ez a módszer akkor is használható, ha például a dartstű „lepattan” a tábláról és csak egy pillanatig lehetett leolvasni, hogy mely szektorba érkezett. A rendszer része egy kamera is, amely egy képfeldolgozó algoritmussal segít megállapítani nem csak a dobás pontos értékét, hanem azt is, hogy a szektoron belül hová érkezett a tű. A dobás sebességének ismeretében a számítógépen futó algoritmus képes különbséget tenni a dartstábla alsó és felső szektorai között, továbbá számon is tartja az elért pontokat. Az összeredmények, a játékosok neve és egyedi pontszámok egy ugyancsak a diákok által készített, animációkkal is ellátott grafikus kezelői felületen követhetők nyomon.

„Egy átlagos szakmai bemutatóval, vagy előre kitalált mérések elvégzésével ellentétben, ebben a projektben a diákok testközelből ismerkedhettek meg egy robottal, és elsajátíthatták többek között az ipari automatizálásban is alkalmazható programozási ismereteket. A robotokhoz kötődő elméleti tudás és programozói készség mellett erős gyakorlati alapot is szereztek (pl. egyedi tervezésű NyÁK-ok készítése, kézi forrasztás, mérés, adatgyűjtés, jeltovábbítás és jelfeldolgozás stb.), amelyek révén az ipari automatizálás területén vagy a személyre szabott mérőeszközöket, műszereket gyártó, esetleg applikáció-tervezéssel foglalkozó cégeknél jó eséllyel helyezkedhetnek el tanulmányaik után” – sorolta a fiatal mérnökhallgatók előtt megnyíló lehetőségeket Budai Csaba. A műegyetemi oktató további, a közös munka idején erősödő soft-skill képességekre is felhívta a figyelmet, amelyek véleménye szerint a diákok előnyére válhatnak: „a csapatmunkában megtanulták, mit jelent a kölcsönös gondolkodás, az egymásra épülő feladattípusok, a társak véleményének elismerése, a kommunikáció fontossága miközben törekedniük kellett az önálló munkavégzésre, valamint a problémamegoldásra egyaránt”.

A GPK MOGI oktatója a fejlesztés idején nagy hangsúlyt fektetett egy hallgatók által kevésbé kedvelt, ám igen fontos mérnöki tevékenységre is: az elért eredmények és sikerek dokumentálására, amely a projekthez a jövőben csatlakozó diákok hasznára válhat. Budai Csaba külön örömét fejezte ki, hogy kezdeményezése, az egyébként arányaiban jelentős fiú létszámmal rendelkező szakról, a fiúk mellett leendő mérnökhölgyek érdeklődését is felkeltette. „A lányok rendkívül értékes tagjai a csapatunknak. Kreativitásukat és alaposságukat számos feladatnál kamatoztatták: a projektor alapú megvilágításnál, a robotkar programozásánál, a méréseknél, ráadásul egyikőjük tervezte a tűtartó állvány legújabb változatát” – árulta el a szakember.

A programozás és fejlesztés során a hallgatóknak számos nehézséggel kellett szembenézniük: menet közben új processzorra tértek át és részben újratervezték a rendszer áramkörét. A fáradságos munkának meglett a gyümölcse: a dartsrobot 2018 novemberében a BME Nyílt napon, a bemutatót övező kétszeres túljelentkezés mellett debütált a műszaki pálya iránt érdeklődő és a továbbtanulás előtt álló középiskolások, szüleik és tanáraik előtt. Budai Csaba nagy reményeket fűz ahhoz, hogy a szerkezetet még számos, a műszaki területen rejlő lehetőségeket népszerűsítő előadáson is bevethetik (pl. kari nyílt napokon, a BME Gyerekegyetem rendezvényen, Kutatók Éjszakája programsorozaton stb.), és segíthetnek a pályaválasztás előtt álló fiataloknak a felvételi jelentkezéshez szükséges döntés meghozatalában.

A diákcsapatban jelenleg egy fontos generációváltás zajlik: a közeljövőben diplomát szerző hallgatók adják át a stafétát, valamint a legfontosabb ismereteket az ifjabb és hasonlóan lelkes társaiknak. „A hallgatókkal tovább dolgozunk a robotkar finomításán és további funkciók beépítésére is vállalkozunk” – ecsetelte a jövőbeli terveket a bme.hu-nak adott interjúban a műegyetemi oktató. Tanítványaival tanuló algoritmusok és egyéb mesterséges intelligencia alkalmazásával újfajta funkcióra programoznák be az eszközt: nem csak a versenyeken megszokott 501-es változatra, hanem az ún. krikett játékra is. A tanuló algoritmus segítségével a robot képes lesz alkalmazkodni az embertársa egyedi technikájához, és megtanulja ezt a stratégiaalapú játékot. Ha ez megvalósul, egy olyan bemutató előkészítését is fontolgatják, amelyen profi darts játékosok mérkőznek meg a MOGI robotjával. „Az új funkciók előtt a robot tökéletesítése a legfőbb feladat az elkövetkezendő 1-2 szemeszterben” – zárta az interjút a műegyetemi oktató, aki szívesen bővítené robotfejlesztő csapatát a téma iránt érdeklődő fiatalokkal.

TZS-GI
Fotó: Philip János