Studenckie Koło Naukowe Robotyków sekcja SumoMasters z Wydziału Mechanicznego Politechniki Białostockiej jako jedyna w Polsce wygrała zawody robotyczne w Japonii
SumoMasters, sekcja Studenckiego Koła Naukowego Robotyków na Wydziale Mechanicznym Politechniki Białostockiej jako jedyni w Polsce wygrali zawody robotyczne w Japonii International All Japan Robot Sumo Tournament w Tokio. Od 2017 roku żadnej ekipie z Polski nie udało się powtórzyć tego sukcesu.
Z artykułu dowiesz się
- jakie były największe sukcesy sekcji SumoMasters z Politechniki Białostockiej
- w jaki sposób powstają automatyczne roboty sumo
- jakich studentów zrzesza sekcja SumoMasters Studenckiego Koła Naukowego Robotyków
- co trzeba zaprojektować, żeby wygrać walkę autonomicznych robotów
- jakie korzyści daje studentom działanie w Studenckim Kole Naukowym Robotyków
Sumo Masters to sekcja Studenckiego Koła Naukowego Robotyków na Wydziale Mechanicznym Politechniki Białostockiej. Studenci w tej sekcji zajmują się budowaniem robotów sumo, które są autonomiczne i startują w międzynarodowych zawodach robotycznych. Każdy robot składa się z elementów mechanicznych, elektrycznych oraz z elektroniki, która steruje układem, tak aby robot mógł walczyć i poruszać się po ringu. Konstrukcje te zdobyły już dla Politechniki Białostockiej niejedną cenną nagrodę.
– Jako nasz największy sukces możemy uznać zdobycie tytułu najlepszej drużyny świata właśnie w zawodach japońskich w 2017 roku – mówi Marcin Dziubek, student III semestru studiów II stopnia na kierunku mechanika i budowa maszyn Wydziału Mechanicznego Politechniki Białostockiej. – To był pierwszy i dotychczas jedyny sukces w tych zawodach uczestników z Polski. Dotychczas żadna inna drużyna z naszego kraju nie zdobyła tak wiele w kategorii autonomicznych robotów sumo.
Ale od idei zbudowania robota sumo do wejścia na podium w Tokio wiedzie długa droga. Wiedza i pasja studentów z Politechniki Białostockiej pokazuje, że można osiągnąć cel. Wszystko zaczyna się od spotkania i burzy mózgów. Studenci stawiają sobie założenia, jakie ma spełnić przygotowywany na zawody robot i dzielą prace pomiędzy siebie. Trzeba pamiętać, że SumoMasters to sekcja interdyscyplinarna, bo i wiedza potrzebna do zbudowania walecznego robota jest sumą doświadczeń z kilku działów nauki.
– Dzielimy się pracą pomiędzy mechanikę, elektronikę i programowanie – opowiada Marcin Dziubek. – Każdy zajmuje się tym, w czym jest najlepszy. Mamy kilku kolegów, którzy wolą pracować w domu. Są to głównie programiści – przychodzą tutaj, pokazują swoje efekty pracy i widać, że oni faktycznie w domu pracują.
Konstruowanie i budowa robotów to okazja do wszechstronnej wymiany doświadczeń.
– To, że ktoś zajmuje się głównie mechaniką i przez ostatnie trzy lata zajmował się głównie nią, to nie zabrania mu sprawdzenia się w innych dziedzinach – w elektronice lub w programowaniu – podkreśla Michał Falkowski student III semestru studiów II stopnia na kierunku mechatronika na Wydziale Mechanicznym Politechniki Białostockiej. – Sam przez tyle lat zajmowałem się głównie mechaniką po czym zdecydowałem, że fajnie jest nauczyć się czegoś nowego i wykonałem cały układ sterowania do najnowszego robota mega sumo: główną płytę zasilającą i sterującą.
Studenci Politechniki Białostockiej doskonale rozumieją, że to najlepsza możliwość na sprawdzenie się w nowej dziedzinie i rozwijanie swoich kompetencji, które zaowocują w przyszłości.
– W studenckim kole naukowym można poszerzyć swoje kompetencje, nauczyć się czegoś nowego choćby od kolegów z innego wydziału – mówi Marcin Dziubek. – To jest przede wszystkim plus na przyszłość – idziemy do pracy, gdzie wymagana jest interdyscyplinarność, zawsze mile widziane są szersze kompetencje.
Pierwszym etapem budowy robota jest stworzenie projektu w programach CAD.
– Wykorzystując je projektujemy część mechaniczną – opowiada Marcin Dziubek o początkowym etapie procesu powstawania robota sumo. – Sprawdzamy, czy elementy będą odpowiednio spasowane, czy robot mieści się w restrykcyjnych wymaganiach, które stawiają organizatorzy zawodów. Następnie projektowana jest elektronika, która steruje robotem. Po wykonaniu elementów mechanicznych oraz elementów elektronicznych, kiedy już to wszystko jest zebrane w jedną całość, nasi programiści programują robota tak, aby jeździł, widział i wiedział co ma robić podczas walki.
Bo mądre poprowadzenie walki, czyli napisanie właściwego algorytmu sterowania, jest jednym z najistotniejszych elementów, jakie dają przewagę robotom z Politechniki Białostockiej nad innymi maszynami autonomicznymi startującymi w zawodach.
Pisaniem takiego oprogramowania zajmują się między innymi Kacper Zalewski oraz Rafał Grabowski – studenci IV semestru studiów I stopnia na kierunku informatyka Politechniki Białostockiej. Do SumoMasters trafili poprzez działalność w kole naukowym w Akademickim Liceum Ogólnokształcącym Politechniki Białostockiej, które wcześniej ukończyli.
– Kiedy mamy gotowego robota, wystawiamy go na zawodach i sprawdzamy czy nasze pomysły rzeczywiście okazały się dobre, czy może jednak podążaliśmy w złym kierunku – wyjaśnia Kacper Zalewski. – Żeby robot wygrał musi być w pełni autonomiczny. Nie możemy nim sterować. Po rozpoczęciu walki jest zakaz jakichkolwiek ingerencji w sposób działania robota. Musimy uwzględnić wszystko przed rozpoczęciem danej walki. Roboty mają wgrane wiele taktyk – ustawiamy wybraną biorąc pod uwagę typ przeciwnika. Jeśli przeciwnik jest bardzo szybkim robotem, to my też możemy swojego przyspieszyć, ustawić szybszą taktykę. Tak samo skręcanie w prawo, w lewo, w zależności z której strony stoi przeciwnik – to wszystko możemy skonfigurować przed walką. W trakcie walki robot walczy tak, jak go w zaprogramowaliśmy. Robot wygrywa kiedy wypchnie przeciwnika z ringu.
Zatem aby wygrać walkę, kluczową rzeczą jest rozpoznanie przeciwnika.
– Musimy wiedzieć jak inny robot się zachowuje, na przykład: czy jest bardzo szybki, czy może jednak wolniejszy i wtedy dostosowujemy umiejscowienie naszego robota na ringu oraz ustalamy konkretną taktykę do konkretnego przeciwnika – tłumaczy Kacper Zalewski. – Nie da się stworzyć jednej taktyki, która byłaby idealna do pokonania wszystkich przeciwników.
Nie da się też jednoznacznie ustalić granicy, kto ma jaki wkład w zwycięstwo – wszystkie dziedziny są ważne. Mając bardzo dobrą mechanikę i kulejące oprogramowanie za daleko się zazwyczaj nie zajdzie, więc cały sukces polega na połączeniu wszystkich trzech dyscyplin.
– Konstrukcje zacząłem robić już w Akademickim Liceum Ogólnokształcącym Politechniki Białostockiej – wspomina Rafał Grabowski. – W kole zajmowałem się konstrukcjami robotów mini sumo. Spodobało mi się i rozpocząłem studia na Politechnice Białostockiej na Wydziale Informatyki. Dowiedziałem się, że jest coś takiego jak sekcja SumoMasters w Kole Naukowym Robotyków na Wydziale Mechanicznym, zainteresowałem się tym i dołączyłem do niej. Aktualnie pełnię rolę programisty. Zajmuję się pisaniem programów, trochę elektroniką, głównie tak jakby duszą robota.
Jednak, żeby symboliczna dusza miała czym poruszać potrzeba włożyć w to wiele wysiłku i środków finansowych. Studenci z Politechniki Białostockiej mają na to swoje sposoby. Łączą bowiem konstruowanie i budowanie robotów z działalnością badawczą i naukową. Dzięki temu mogą starać się (z powodzeniem) o różnego rodzaju granty, które pozwalają sfinansować ich pomysły.
– Skupiamy się przede wszystkim na tym, aby ciągle usprawniać nasze konstrukcje – wyjaśnia Michał Falkowski. – Przeprowadzamy badania naukowe i na tej podstawie piszemy artykuły. Badania pozwalają zweryfikować czy przyjęta teoria mam rację bytu. Jeżeli podczas badań wyjdzie, że to nie jest to o co nam chodziło, to nie będziemy tego stosować w konstrukcji. Przede wszystkim stawiamy na to, żeby miało to przełożenie na późniejsze walki.
Studenci z SumoMasters bardzo często współpracują z wykładowcami z Politechniki Białostockiej.
– Kiedy potrzebujemy pomocy merytorycznej, oni zawsze wspierają nas i pozwalają nam podejść do tematu z ich perspektywy – opowiada Michał Falkowski. – Pomagają nam również wykonać badania.
Najczęściej są to artykuły naukowe w czasopismach międzynarodowych. A takie publikacje są cenione przez najwyższe władze oświatowe w Polsce.
– Nasze koło realizuje granty ministerialne, dzięki którym mamy finanse na wyjazdy na zawody, a także uczestnictwo w konferencjach naukowych – dodaje Marcin Dziubek. – Oprócz środków na wyjazdy i na starty w zawodach, granty pozwalają nam również na zakup najlepszych części, najlepszego sprzętu dzięki czemu nie musimy „kombinować” – możemy pracować na sprzęcie wysokiej jakości, dzięki czemu te roboty są tak dobre. Oprócz funduszy z grantów ministerialnych finansowo wspiera nas nasz Wydział Mechaniczny, dostajemy je również z rezerwy prorektora, a także od Samorządu Studentów Politechniki Białostockiej. Od wielu lat też wspierają nas sponsorzy, firmy Wenglor, Faulhaber. Oprócz wymiaru materialnego Politechnika Białostocka zapewnia nam również świetny park maszynowy.
Chodzi tu o wyposażenie i pracowników olbrzymiej Hali Maszyn Wydziału Mechanicznego.
– Na etapie projektowania robota bardzo często zdarza się, że potrzebujemy wykonać jakąś część bardzo szybko, nie możemy sobie pozwolić na to, żeby szukać zewnętrznej firmy, która wykona nam część za pół miesiąca, może miesiąc i wtedy możemy liczyć na pomoc panów z hali – zdradza Michał Falkowski. – Oni bardzo szybko mogą nam wykonać czy dorobić część, której potrzebujemy „na już”. Bez niej testy mogłyby być bardzo opóźnione i w efekcie moglibyśmy nie zdążyć na zawody. Często bywało tak, że w ostatnich dniach przed zawodami potrzebowaliśmy szybko wykonać część, która uległa awarii albo zmieniliśmy koncepcję w tym robocie i wtedy mogliśmy liczyć na ich pomoc. Mogą w ciągu dwóch, trzech dni nam taką cześć nawet dorobić i nie musimy liczyć na to, że w tych zawodach będziemy musieli użyć uszkodzonej części, bądź w ogóle nie wystawić tego robota.
Kiedy studenci już zbudują robota, rozpoczynają się wyjazdy na zawody. Nie ukrywają, że mają z tego powodu wiele radości. To okazja do zwiedzania świata i zawarcia nowych znajomości.
– Wyjazd na takie zawody łączy się też z tym, że możemy w ramach działalności w kole zwiedzić trochę świata i zobaczyć to, na co normalnie byśmy nie mogli sobie pozwolić – przyznaje Michał Falkowski. – W ostatnim (2021) roku byliśmy na przykład w Kolumbii. Ktoś by pomyślał – Ameryka Południowa, więc co tam robią roboty sumo? Jednak roboty sumo to nie tylko jakby się wydawało Japonia,gdzie rozgrywa się główny finał na koniec roku, ale także zawody w różnych częściach świata – Litwa, Łotwa, Estonia, Rumunia tutaj w Europie, a są jeszcze inne zawody np. w Chinach – tam też uzyskiwaliśmy dobre wyniki. Któż by się spodziewał, że uczestnictwo e kole pozwoli mi odwiedzić Chiny?
Studenci cenią sobie bardzo spotkania z innymi studentami w Polsce.
– Na zawodach często spotykamy się z innymi studenckimi kołami naukowymi z całej Polski – przypomina Michał Falkowski. – Najczęściej są to koła z Łodzi, Wrocławia, Gdańska, Warszawy. Najczęściej pojawiamy się w tych samych składach, znamy się z tymi ludźmi od lat. Mimo, że rywalizujemy w tych samych kategoriach, jesteśmy dla siebie tak jakby konkurencją, to mimo wszystko utrzymujemy bardzo dobre stosunki i bardzo często wymieniamy się doświadczeniami. To nie wygląda tak, że jest taka zaciekłość – oczywiście – podczas walki – tak, ale po walce analizujemy błędy, które popełniliśmy, wymieniamy się spostrzeżeniami na podstawie rozegranych walk. To dobrze rokuje później na przyszłość, zawsze możemy coś poprawić. My byśmy może tego nie zauważyli, ale oni tak i dzięki temu możemy wprowadzić wymagane zmiany w swoich konstrukcjach.
Korzyści z pracy w sekcji SumoMasters Studenckiego Koła Naukowego Robotyków na Wydziale Mechanicznym Politechniki Białostockiej jest o wiele więcej.
– Nie oszukujmy się, ale to, czego uczymy się na zajęciach, to w dużej mierze są podstawy, które należy później rozwijać – mówi Michał Falkowski. – Przykładowo – jeśli uczymy się podstaw na elektrotechnice, to przychodzimy tutaj później i rozwijamy te kompetencje, brniemy dalej. Później są to bardzo dobre umiejętności, które możemy przełożyć na pracę w firmach po studiach. Do budowy robota podchodzimy interdyscyplinarnie. Przychodząc tutaj, do koła, wymieniamy się doświadczeniami z kolegami z różnych kierunków. Kolega studiuje na mechanice i budowie maszyn, inni na automatyce i robotyce, jeszcze inni na mechatronice, więc możemy wymieniać się umiejętnościami. Jeden od drugiego nauczy się czegoś, co podczas tego etapu studiów mogłoby nie wyjść na światło dzienne.
– To co może być bardzo dużą zaletą przy poszukiwaniu pracy po studiach to kontakt z firmami, których części używamy do naszych robotów, mamy dostęp do technologii, na które normalnie byśmy nie mogli sobie pozwolić – kontynuuje Michał Falkowski. – Na przykład sensory, których używamy są firmy Wenglor, która jest zdecydowanie jedną z najlepszych na świecie. Ich czujniki na zawodach są bardzo cenione. Na zawodach najczęściej jesteśmy pytani, jak możemy sobie na to pozwolić? Współpraca z tą firmą pozwala nam na zakup części po bardzo korzystnej cenie bądź otrzymanie ich celem przeprowadzenia wymaganych testów. Możemy przetestować czujniki o jakości przemysłowej w naszych konstrukcjach. To bardzo ważna umiejętność, bo idąc później do pracy umiemy już z takim czujnikiem się obchodzić, umiemy prawidłowo dokonać nim pomiarów.
Ale zanim studenci podejmą pracę zawodową, starają się promować myśl techniczną wywodzącą się z Politechniki Białostockiej na całym świecie.
– Oprócz zawodów robotycznych w Polsce uczestniczymy również w zawodach międzynarodowych, które odbywają się między innymi w Rumunii, w Estonii, w Chinach, Japonii oraz Kolumbii – przypomina Marcin Dziubek. – Startujemy w kategoriach mini, mega oraz nano sumo, a także wystawiamy roboty typu freestyle, czyli robota według inwencji twórczej konstruktora. Oprócz zawodów wyjeżdżamy na konferencje naukowe między innymi w Japonii, w Korei, ale także w Polsce czy na Słowacji i w kilku innych miejscach. Dr inż. Rafał Grądzki z Katedry Robotyki i Mechatroniki i nasza sekcja SumoMasters została niedawno wyróżniona odznaczeniami „Zasłużony dla Inteligentnego rozwoju” 6. Forum Inteligentnego Rozwoju, co jest dla nas bardzo budujące i pokazuje, że oprócz zawodów nasze roboty i nasze działania są dostrzegane również przez naukowców z Polski i ze świata.
Studenci wciąż wspominają udział w zawodach Robot Challenge w Chinach, w Pekinie.
– Były to prawdopodobnie największe zawody robotyczne na świecie w jakich mieliśmy okazję uczestniczyć, ponieważ startowało w nich parę tysięcy uczestników i robotów z różnych kategorii, konkurencji i dyscyplin – entuzjazmuje się Marcin Dziubek. – Kilkukrotnie stawaliśmy tam na najwyższym stopniu podium zarówno w kategorii mega sumo, ale także zajmowaliśmy miejsca na podium w kategoriach mini i nano sumo, a także w kategorii freestyle. Startujemy między innymi w zawodach robotycznych Robotex w Estonii, które również są serią zawodów międzynarodowych organizowanych na całym świecie. Chcielibyśmy jeszcze wystartować w Tajlandii, w Indonezji i w kilku innych krajach. Część zawodów, w których startujemy na świecie, jest akredytowana przez japońską organizację All Japan Robot Sumo Tournament prowadzoną przez firmę Fuji Soft. Podczas takich akredytowanych zawodów na świecie oprócz walki o nagrody rzeczowe od organizatorów, walczy się również o zaproszenie na finałowe zawody w grudniu, które odbywają się w Tokio w Japonii, gdzie zapraszają najlepszych z całego świata i tam widać najwyższy poziom. Jak wysoki poziom reprezentują roboty japońskie i jak bardzo trzeba się starać, żeby mieć z nimi jakiekolwiek szanse. To w ogóle inny poziom robotów.
Przypomnijmy – właśnie na tych zawodach, w 2017 roku, sekcja SumoMasters pod opieką dr inż. Rafała Grądzkiego wywalczyła z robotem Masakrator pierwsze miejsce w kategorii mega sumo!
Najwięcej emocji wzbudziła walka półfinałowa, gdzie robot zmierzył się z najlepszą konstrukcją japońską, która wśród wielu uczestników uważana była za najsilniejszego robota zawodów. W wyniku wielu silnych zderzeń podczas pierwszej rundy, japoński robot został uszkodzony i powodował uszkodzenia maty co jest równoznaczne z dyskwalifikacją (robot nie był zdolny do prawidłowej walki). Chcąc uniknąć możliwości dyskwalifikacji poprzez uszkodzenie maty, przeciwnicy zrezygnowali z cienkiego dodatkowego ostrza z przodu robota. Na taką ewentualność zespół SumoMasters przygotował specjalną taktykę. Szybki podjazd do przeciwnika i podważenie go poskutkowały – japoński robot znalazł się poza matą. Masakrator wygrał walkę finałową stając się pierwszym w historii polskim robotem – zwycięzcą International All Japan Robot Sumo Tournament w Tokio. Robotem zbudowanym w Politechnice Białostockiej.
– W ramach naszej sekcji zajmujemy się przede wszystkim kategoriami mega sumo, mini sumo i nano sumo – przypomina Michał Falkowski. – Roboty mega sumo mają wymiary 20 x 20 cm, limit wagi do 3 kg, mini sumo – 10 na 10 cm, limit wagi do 0,5 kg i nano sumo – te najmniejsze – to jest 2,5 na 2,5 na 2,5 cm i limit wagi do 25 gramów. W ostatnich latach najczęściej wystawiamy roboty mega sumo, ich mamy najwięcej, tam osiągamy największe sukcesy ze względu na to, że jest to koronna kategoria tej sekcji. Zajmujemy najwyższe lokaty na zawodach na całym świecie. Wielokrotnie zdobywaliśmy całe podium. W 2019 roku udało się dwukrotnie zająć całe podium. Głównie są to zawody w Rumunii, Litwie, Łotwie, Estonii, byliśmy w Chinach, Japonii, a w 2021 roku – w Kolumbii – tam zajęliśmy trzecie miejsce w kategorii mega sumo.
SumoMasters, sekcja Studenckiego Koła Naukowego Robotyków na Wydziale Mechanicznym Politechniki Białostockiej czeka na studentów, którzy chcą dołączyć do zwycięskiego teamu.
Jerzy Doroszkiewicz