Rubik’s Solver

Rubik_thumbAko Katedra Robotiky sa často zúčastňujeme rôznych prezentačných a popularizačných akcií na verejnosti, kde predvádzame  naše „diela“. Keďže Robotický futbal, ktorý bol dlhodobo hlavným exponátom už nebolo možné od polovice roku 2013 z technických dôvodov ďalej prevádzkovať, bolo potrebné vymyslieť niečo nové, podobne pútavé a aj z technického hľadiska zaujímavé. Výsledok? Rubik’s Solver!

Rubik’s Solver v sebe spája obovskú popularitu Rubikovej kocky, s pokročilými matematickými algoritmami, počítačovým videním a pneumatickými pohonmi do jedného kompaktného mechatronického celku. A navyše je to šikovný exponát, ktorý vieme rýchlo hodiť do auta a nainštalovať na mieste, keď príde z dekanátu žiadosť o účasť na nejakej akcii.

Z prezentačného hľadiska má navyše Rubik’s solver tri obrovské výhody:

  1. Poskladať Rubikovu kocku je dodnes verejnosťou považované za náročnú úlohu.
  2. Nikomu netreba vysvetlovať o čom ten stroj je, od malých detí až po dôchodcov je to každému na prvý pohľad jasné.
  3. Nie sú v ňom žiadne baterky a tým pádom môže bežať počas celej akcie bez prestávky.

optima

Noc Výskumníkov 2014 Optima Košice

História tohto skladača siaha ešte do roku 2008 kedy bola postavená prvá dvojchápadlová verzia v rámci bakalárskej práce študenta Jozefa Vargu na Katedre Výrobnej techniky a robotiky na SjF TUKE. Mechanika pozostávajúca z priemyselných pneumatických pohonov a rámu z hliníkových profilov bola dostatočne spoľahlivá, avšak dlho bol problém s riadením, najmä s generovaním riešenia kocky. Skúšali sa rôzne algoritmy založené na štandardnej Layer by Layer metóde ale skladanie v takom prípade najmä z dôvodu potreby častého skenovania kocky, trvalo aj hodinu.

Rubik_povodnaPrvá verzia skladača z roku 2008

Keď som v septembri 2012 nastúpil na Katedru robotiky ako interný doktorand, skladač Rubikovej kocky ešte stále nebol dokončený. Ale tým, že v roku 2011 bol na stránkach Mathworksu zverejnený open-source algoritmus pre riešenie kocky, bola najtahšia časť úlohy hotová a zostávalo implementovať riešenie na existujúcu mechaniku. Pokročilé matematické algoritmy, práca s databázou, spracovanie obrazu, výstup na periférne zariadenie spolu s náročným debugom pri vývoji – priam ideálny prípad pre nasadenie Matlabu.

Z hľadiska hardwaru je na snímanie kocky použitá obyčajná webkamera s manuálnym focusom, pneumatické pohony SMC ovládané cez elektromagnetické ventily sú riadené z  DAQ USB 6008 od National Instruments.

System

 Prehľad systému

Prvá verzia s dvoma spodnými chápadlami skladala kocku priemerne 4 minúty. Po schválení grantového projektu dekanom Strojníckej Fakulty v lete 2013, sme doplnili skladač o ďalšie dve chápadlá, čím sa skrátil čas skladania pod hranicu 2 minút.

8301a

4 chápadlova verzia skladača – september 2013

Takto upravená verzia skladača mala svoju premiéru v čerstvo zrekonštruovanom KulturParku 7.9.2013 na košickom TEDx-e. Keďže motto druhého ročníka bolo „Poskladaj si svoj svet“, Rubik´s Solver sa organizátorom do konceptu celkom hodil a v rámci kategórie „Technology“ nás zároveň požiadali o „talk“ na túto tému.

TEDx Kosice september 2013

So skladačom Rubikovej kocky sme od jeho premiéry absolvovali množstvo akcií po celom Slovensku. Od Noci Výskumníkov v bratislavskej Starej Tržnici cez Trenčiansky Robotický deň, Medzinárodný Strojársky veľtrh v Nitre, Pro Educo – Pro Job až po EU Robotics day v košickom Auparku. Zo skúseností môžme potvrdiť, že kombinácia robotiky a Rubikovej Kocky je zaručený recept na úspech. Akurát to má jeden háčik. Tak ako sa Ernovi Rubikovi aj napriek viacerým pokusom nepodarilo prekonať úspech Kocky, postaviť v budúcnosti ďalší prezentačný exponát, ktorý by bol podobne úspešný, populárny interaktívny a nenáročný na transport ako je Rubik’s Solver taktiež nebude jednoduché.

František Ďurovský, Jozef Varga
Foto z prezentácií