Legendary Rover Team: sami zaprojektowali i zbudowali zwycięski łazik

Zespół Legendary Rover Team z Rzeszowa stworzył łazik, który okazał się bezkonkurencyjny w realizacji misji marsjańskich.
 
Są studentami różnych kierunków i specjalności na Politechnice Rzeszowskiej. Dwa razy z rzędu wygrali międzynarodowe zawody łazików marsjańskich University Rover Challenge (URC). Stawali na najwyższym podium i w roku 2015, i w roku 2016.

Po raz pierwszy wzięli udział w zmaganiach rozgrywanych na pustyni w amerykańskim stanie Utah w roku 2013. Sukcesywnie doskonalili swoją konstrukcję, by w końcu pokonać prawie trzydzieści zespołów studenckich z całego świata. „Naszym atutem była niezawodność łazika Legendary. W tym roku startowaliśmy już z czwartą jego generacją. Nie miał żadnej poważnej awarii, nie uległ uszkodzeniu, dzielnie znosił wyzwania związane z pracą w trudnych warunkach” – tłumaczy Arkadiusz Wyłupek, student piątego roku mechatroniki, członek zwycięskiego zespołu Legendary Rover Team z Politechniki Rzeszowskiej.
 
Wszechstronna skuteczność
Celem drużyn startujących w konkursie URC jest zbudowanie analogu łazika marsjańskiego, który mógłby wspomagać pracę marsjańskiej misji załogowej. Sprawdzane są możliwości operacyjne i funkcjonalność wystawionej konstrukcji, a nie jej wytrzymałość w rzeczywistych warunkach marsjańskiego środowiska. Stąd mowa o analogach, a nie prawdziwych łazikach marsjańskich, gdyż zbudowanie tych ostatnich wymagałoby o wiele większych kosztów i użycia materiałów bardziej odpornych na ekstremalne warunki. W założeniach maszyna powinna być w stanie zastąpić co najmniej jedną rękę człowieka, czyli poradzić sobie z czynnościami, które astronauta mógłby wykonać za pomocą jednej ręki wyposażonej w rękawicę. Choć brzmi to prosto, w rzeczywistości wcale nie jest takie łatwe.

W tym roku do wykonania były cztery zadania. Na początek trzeba było pobrać próbkę gleby z głębokości co najmniej 5 cm i poddać ją analizie na pokładzie pojazdu. Część próbki należało dowieźć do bazy i tam wykonać jej dalsze badania chemiczno-biologiczne.

Następnie zespół musiał odnaleźć narzędzia potrzebne astronautom i dostarczyć je w wyznaczone miejsca. Do przewiezienia były m.in.: klucz, dłuto, młotek oraz pięciolitrowa bańka z wodą. Miejsca przebywania czterech astronautów potrzebujących pomocy zostały oznaczone koordynatami GPS z tolerancją do 25 m.

W kolejnej konkurencji chodziło o wykazanie się sprawnością w użyciu manipulatora. Sterowany zdalnie robot miał przyciągnąć wózek, na którym znajdował się kanister z paliwem, otworzyć zbiornik generatora prądu i przelać do niego zawartość kanistra. Potem należało zamknąć zbiornik, wcisnąć przycisk na panelu sterowania i odczytać komunikat na wyświetlaczu. Ponadto trzeba było odkręcić wężyk jednego regulatora i przykręcić go do drugiego. Na wykonanie wszystkich tych czynności przeznaczono jedynie 30 minut. Drużynie z Politechniki Rzeszowskiej jako jednej z niewielu udało się wykonać niemal wszystkie te czynności (za trudne okazało się jedynie dokręcenie wężyka do ostatniego regulatora).

Testom poddano również umiejętność pokonywania przeszkód terenowych. Łazik musiał przejechać po torze, na którym znajdowały się skały, wysokie progi i strome podjazdy. W tej konkurencji sprawdzano zarówno wytrzymałość konstrukcji pojazdów w warunkach pustynnych, jak i umiejętności operatorów maszyn.

W punktacji generalnej zespół z Politechniki Rzeszowskiej zdobył w tym roku 452,3 pkt na 500 możliwych, zajmując tym samym pierwsze miejsce. Następna w kolejności drużyna (WSU Everett Engineering Club, Washington State University) uzyskała 368 pkt.
 
Konstrukcja na miarę potrzeb
Startujący w tegorocznych zawodach łazik Legendary IV to w większości samodzielna konstrukcja studentów Politechniki Rzeszowskiej. „Rozwiązań gotowych mamy niewiele. Spośród nich użyliśmy tylko silników, napędów i trochę elektroniki. Reszta została zaprojektowana i wykonana przez nas samodzielnie” – mówi Paulina Biedka, studentka piątego roku technologii chemicznej, od 3 lat należąca do zespołu Legendary Rover Team.

Łazik jest wyposażony w sześć kół z niezależnymi systemami zawieszenia. Każde koło może być napędzane osobno, każdym z nich można też osobno sterować. Przymocowane są do ramy, w której mieści się cała elektronika robota. Może on być wyposażony w siedem kamer, które służą do orientacji w terenie. Obraz z nich jest transmitowany do panelu operatora. W zawodach URC wykorzystuje się zazwyczaj od trzech do pięciu kamer. Do sterowania można również używać systemu GPS.

Zasilanie łazika odbywa się poprzez kilka akumulatorów, które dostarczają prąd do poszczególnych modułów. Nie ma jednej dużej baterii, która by zasilała całość. Takie rozwiązanie pozwala na większą niezawodność działania całego systemu. Komunikacja z łazikiem odbywa się za pomocą oprogramowania napisanego przez samych studentów. Wysyła ono pakiety, które są potem rozsyłane do poszczególnych modułów. To umożliwia osobne sterowanie poszczególnymi elementami – silnikami, manipulatorem, modułem badawczym itd. Łazik jest wyposażony w kilka anten umieszczonych na specjalnym maszcie.7
Moduł pomiarowy składa się z elektrod służących do mierzenia konduktywności i wartości parametru pH pobranej próbki. Za ich pomocą można określić wiele różnych parametrów. Do dyspozycji jest również waga elektroniczna. Pobranie próbek gleby jest możliwe dzięki specjalnemu świdrowi skonstruowanemu przez rzeszowskich studentów według ich własnego pomysłu. Manipulator zainstalowany na łaziku ma pięć stopni swobody.

Obsługą łazika zajmują się trzy osoby: dwóch operatorów – spośród których jeden kieruje pojazdem, a drugi obsługuje manipulator – oraz informatyk czuwający nad sprawnym funkcjonowaniem całego systemu komputerowego. Jest to zazwyczaj autor aplikacji służącej do sterowania pracą łazika.
 
Projekt interdyscyplinarny
Legendary Rover Team działa w ramach Studenckiego Koła Naukowego Lotników na Wydziale Budowy Maszyn i Lotnictwa. W jego składzie znajdują się jednak nie tylko studenci lotnictwa i kosmonautyki. Obok nich są też studenci mechaniki i budowy maszyn, automatyki i robotyki, mechatroniki, informatyki oraz technologii chemicznej. „Nasz projekt ma charakter interdyscyplinarny, międzywydziałowy. Potrzebujemy ludzi różnych specjalności. Konstrukcja łazika jest bardzo skomplikowana, przy pracy nad nią trzeba umiejętnie wykorzystać wiedzę z bardzo różnych dziedzin” – tłumaczy Arkadiusz Wyłupek.

I właśnie umiejętność komunikowania się oraz współpracy w wielodyscyplinarnym, wielokierunkowym zespole jest uznawana przez członków Legendary Rover Team za jedną z najważniejszych korzyści wyniesionych z prac nad budową łazika marsjańskiego i startu w zawodach URC. „Wszyscy jesteśmy na kierunkach inżynierskich, staramy się myśleć jak inżynierowie, ale podczas realizacji projektu musimy cały czas uczyć się ze sobą dogadywać. Sporo rzeczy trzeba ustalać, uzgadniać i wyjaśniać na bieżąco” – podkreśla Paulina Biedka. Jej zdaniem umiejętności i doświadczenia nabyte przy tej okazji mogą się przydać w pracy zawodowej. Również te dotyczące kontaktów ze sponsorami czy działań PR i marketingowych, którymi zajmują się wszyscy członkowie zespołu.

Prace nad łazikiem stanowią również doskonały poligon doświadczalny do sprawdzania teorii naukowej w praktyce. Studenci, dysponując wiedzą nabytą na wykładach i ćwiczeniach, muszą się zmierzyć z wyzwaniami istniejącymi w rzeczywistym świecie. A tu nie ma miejsca na dyskusje i eksperymenty. Wszystko musi działać niezawodnie, i to w bardzo trudnych, pustynnych warunkach. „To nas uczy również skutecznego projektowania, a potem odpowiedniego wykonywania zaprojektowanych elementów” – mówi Paulina Biedka.

Zespół przymierza się już do prac nad łazikiem, który wystartuje w przyszłorocznym konkursie University Rover Challenge. Będzie to maszyna Legendary V. Nowym wyzwaniem będzie sprostanie wymogom pracy w trybie autonomicznym. Organizatorzy zawodów tak zaplanują jedno z zadań, by polegało na przejechaniu specjalnego toru w trybie w pełni autonomicznym. Rzeszowscy studenci szukają rozwiązania, które znowu pozwoli im się znaleźć w gronie najlepszych.