Robix™ Rascal

Laat de robot het maar opknappen -- Let the Robot Do It

"...there is a breakthrough in the air:
the personal robot will follow the personal computer."

"Putting sugar in the coffee was child's play."

photo sequence above shows robot adding sugar cube, stirring coffee, replacing spoon on stand

To English translation

Laat de robot het maar opknappen

Ingewikkelde robots zijn niet in staat om eenvoudige klussen als stofzuigen en grasmaaien op te knappen. Maar er zit een doorbraak in de lucht: na de personal computer komt de personal robot eraan. KIJK presenteert een paar voorlopers.

Robots zijn schaars. Je ziet ze zelden op straat. Voor zover ze hun brood verdienen staan ze in grote fabrieken en laboratoria. Tot nu toe zijn het domme machines, werkend volgens een script waarin elke handeling precies is vastgelegd. Het zijn dus geen echte robots, want intuïtief reserveren we die term liever voor een mechanisme dat zichzelf kan redden, zonder dat elke handeling door ons wordt bepaald. Hoe een echte robot er straks uitziet? In elk geval niet zoals `commander Data' uit Star Trek. Er blijft altijd een goedkopere manier om iets te maken dat zo sterk lijkt op een mens.

Veel klussen die we met plezier aan een robot zouden overlaten - stofzuigen, gras maaien - vragen om een kleinere machine, voorzien van passend gereedschap. Nog beter is waarschijnlijk een robot met meer dan één lichaam; een collectief organisme. Voor een groter huis of grasveld heb je dan geen ander type nodig, maar eenvoudig meer van dezelfde robot. Het voordeel is niet alleen een goedkopere serieproduktie. Een collectief organisme gaat nooit stuk! De vele kleintjes verdelen onderling het werk en vullen automatisch het gat als er een stopt. De robot als geheel werkt door, zelfs als het grootste deel van zijn `lichaam' defect is. Hij maait of zuigt dan alleen wat langzamer. En repareren is makkelijk. Je koopt er gewoon weer een paar kleintjes bij.

Een robot die een willekeurig huis betrouwbaar kan stofzuigen bestaat nog niet. Probeersels lopen vast tussen de stoelpoten en in het hoogpolig tapijt, vallen van de trap of weten het grootste deel van de vloeren niet eens te vinden. De spinnewebben aan het plafond en de stoflaag op het kleine kastje zijn al helemaal buiten bereik. Maar er zit een doorbraak in de lucht. Het lijkt erop dat de evolutie van de robot het pad van de computer gaat volgen.

Tientallen jaren lang waren computers heel schaars. Hun werkplek was achter gesloten deuren, waar ze werden bediend door een priesterkaste van systeembeheerders. Op een dag verschenen de microcomputers, klein en goedkoop genoeg voor ieders bureau. In korte tijd veroverden ze de wereld. IBM - groot geworden met kamervullende `mainframes' - onderschatte eerst de betekenis van het kleine grut, maar was toch slim genoeg om de beste naam ervoor aan het eigen merk te binden: Personal Computer. De kracht van de computer op je bureau is zijn persoonlijke aard. Hij is van jou.

De arm die op de eerste pagina van dit artikel suiker in mijn koffie doet komt uit de Robix RCS-6, een handige bouwdoos die je snel met veel verschillende robots laat experimenteren. De uitdaging is het bedenken van een slimme vorm en een goed programma, iets wat zou kunnen leiden tot een nuttige robot. De makers van BEAM-robots zoals de Walkman en de miniball vinden het nog te vroeg om aan nut te denken. Ze streven naar kleine, mobiele en vooral interessante robots die een beetje voor zichzelf kunnen zorgen. Zowel BEAM als de RCS-6 doen denken aan de microcomputers van 20 jaar geleden, toen Wozniak en Jobs de Apple-1 demonstreerden tijdens een bijeenkomst van de `Homebrew Computer Club.' Het wachten is op de Personal Robot. Eentje die aantrekkelijk genoeg is om een massale markt aan te boren. Misschien wordt hij binnenkort net als de eerste Apple in een garage gebouwd door twee toekomstige miljonairs...

Een koffer vol robots

De Robix RCS-6 is verpakt in een stevig viskoffertje. Handig gebruik van bestaande componenten is ook het kenmerk van de inhoud. In de vakjes voor het aas vinden we bijvoorbeeld zes servo's en toebehoren uit de modelbouw. Het zijn de `spieren' van de robots. De verhouding tussen prijs en prestaties van kleine servo's is de laatste jaren sterk verbeterd. Bovendien zijn ze een stuk lichter geworden. Samen met de spelingvrije passing in de aluminium `botten' vdqklaart dat de opmerkelijke precisie van de robotarm die we bouwden voor de foto's. Zelfs gestrekt tot meer dan 25 centimeter kon hij een eenmaal geleerde positie tot op de millimeter terugvinden. Maar het hefvermogen is beperkt en de nauwkeurigheid wordt natuurlijk niet gegarandeerd.

Met de servo's als uitgangspunt heeft de maker van de RCS-6 (het Amerikaanse bedrijf Advanced Design) een set onderdelen bedacht waarmee je oneindig veel verschillende robots kunt bouwen. Ze worden bestuurd door software in een PC. Een interface verbindt de printerpoort van de computer met de servo's en biedt verder twee schakelbare uitgangen (5 volt, 150 mA) plus ingangen voor acht analoge en zeven schakelende sensors. Door de kabel tussen computer en robot ligt het accent op vast opgestelde constructies zoals de arm, maar experimenten met rijdende en wandelende robots zijn mogelijk zolang ze niet te ver van huis willen.

Een bijgeleverde videotape laat zien hoe de servo's, de aluminiumprofielen en de speciale hulpstukken aan elkaar worden geschroefd. Zo nu en dan op pauze drukkend hadden we onze robotarm binnen een uur aan het werk. De software maakt rechtstreekse besturing via het toetsenbord mogelijk. Een venster toont de huidige posities van de servo's en ook het signaal van de eventueel aangesloten sensors. Met een druk op de knop worden geslaagde manoeuvres bewaard in een script. Suiker in de koffie doen was dus kinderspel, en illustreerde mooi de beperkingen van de klassieke robot; als de suiker, de lepel of het kopje niet precies op de goede plek staan gaat het mis, want de arm herhaalt slechts een serie bewegingen.

De RCS-6 is primair bedoeld voor gebruik op scholen en universiteiten, als een kennismaking met het verschijnsel robot. Dank zij de eenvoudige scripttaal kan een beginner in korte tijd een aardig project afronden. De servo's zijn heel toegankelijk. Je hebt de positie, het versnellen, de maximale snelheid en het afremmen volledig in de hand. Maar er zijn geen woorden zoals `if', `while' of `do'. Een script is ook blind voor sensors. Toch kunnen gevorderden alles doen wat ze willen - en ze hoeven er geen nieuwe taal voor te leren! Een interface library zorgt voor aansluiting op de bekende programmeertaal C, die genoeg mogelijkheden biedt voor het besturen van de meest ingewikkelde robot.

KIJK-lezers krijgen bij aanschaf van een RCS-6 vijf procent korting. De prijs komt daarmee op 537 dollar, plus 54 dollar aan verzendkosten (Federal Express en verzekerd), 5,6 procent invoerrechten en 17,5 procent omzetbelasting. In totaal meer dan 1200 gulden. Veel geld, maar een betere manier om met computergestuurde robots te experimenteren is moeilijk te bedenken. De leverancier is:

Advanced Design, Inc.
6052 N. Oracle Road
Tucson, AZ 85704 USA
Fax. (1) 520 575 0703
Email desk@robix.com

Betaling gaat het makkelijkst met een credit card (Visa of MC, liever een fax dan email). Vermeldt het nummer van de kaart, tot welke datum hij geldig is, de naam van de houder en de naam en het telefoonnummer van de bank waar de rekening loopt. Verzending uitsluitend naar het adres van de houder.

Zet verder op de bestelling dat je zelf de invoerrechten en omzetbelasting zult betalen. En vergeet niet KIJK te noemen; vijf procent is in dit geval 28 dollar...

Meer informatie

Is te vinden op het Internet.

Robotics Internet Resources Page http: //piglet.cs.umass.edu
Robix RCS-6 http://www.robix.com
B.E.A.M. Robots http://nis-www.lanl.gov/robot/
Solarbotics (BEAM) http://ww.cuug.ab.ca:8001/~hrynkiwd/index.html/
Robotstore http://robotstore.com/

B.E.A.M. - De wilde robot

Bij het woord `robot' denken we direct aan computers. Een robot moet immers een brein hebben? ``Fout,'' zegt Mark Tilden, een roboticus werkend voor het Amerikaanse Los Alamos National Laboratory. Hij concentreert zich op kleine, eenvoudige robots, die rechtstreeks reageren op hun omgeving. Het liefst maakt hij ze van restanten uit de rommeldoos. De VBUG 1.5 ``Walkman'' bestaat uit wrakstukken van vier walkmans, het tijdmechanisme van een oven, een oude pager en slechts 32 transistors. De robot reageert op licht en op vijf voelsprieten. De bewegingen van zijn poten worden niet centraal gestuurd; toch loopt de Walkman, en niet alleen op vlak terrein. Hij beklimt obstakels die hem ruimschoots in hoogte overtreffen en weet zich zelfs over een stapel klerehangers heen te werken. Het geheim is een min of meer spontane samenwerking tussen zes `zenuwknopen,' elk reagerend op een sensor en op elkaar. Tilden doopte het principe de Microcore en vroeg oktrooi aan.

De Walkman presteert beter dan heel wat computergestuurde robots, maar het blijft een machine. Hij loopt zijn batterij leeg en stopt. Volgens Tilden moet een echte robot zelf voor zijn eten zorgen en vele jaren actief blijven zonder ingrijpen door zijn eigenaar. Het is in de eerste plaats een machine die overleeft, een `wilde' robot. Pas als een robot zich goed kan redden heeft het zin om werk voor hem te zoeken, om hem als het ware te temmen. Drie `wetten' beschrijven de robot waar Tilden naar streeft:

Een robot moet in de eerste plaats zichzelf beschermen.
Een robot moet zorgen dat hij energie heeft en houdt.
Een robot moet altijd blijven zoeken naar betere energiebronnen.

De zekerste energiebron voor een elektronische robot is zonlicht. Een elektronische fotovoor (lichteter) is in het voordeel ten opzichte van de levende natuur, want een zonnecel levert rechtstreeks elektrische energie, terwijl levende wezens een ingewikkeld chemisch proces nodig hebben. Bovendien heeft een robot weinig natuurlijke vijanden; hij is niet eetbaar. Zelfs heel eenvoudige robots (pakweg een dozijn onderdelen) kunnen daardoor heel lang in beweging blijven, hardnekkig zoekend naar een betere plek onder de zon.

Tilden bevordert hun evolutie door BEAM-robotwedstrijden te organiseren. BEAM staat voor biologie, elektronica, kunst (art) en mechanica. Het gaat niet altijd om zonne-energie. Er worden wedstrijden verzonnen voor haast elk soort robot dat je kunt bedenken. Maar het belangrijkste mikpunt is toch de zelfstandig overlevende machine. BEAM laat mensen op een speelse manier over het probleem nadenken. Het resultaat is een stroom verrassende ontwerpen, zoals de `Miniball', een lichtzoekende fotovoor van Dave Hrynkiw, naar een idee van Richard Weait. Leg hem op de vloer en de Miniball (ongeveer zo groot als een tennisbal) beweegt zich langzaam naar de plek waar het meeste licht valt, ook als hij zijn weg moet zoeken tussen obstakels. Het lijkt onmogelijk, want de robot heeft geen wielen, poten of voelsprieten. Zijn ene zonnepaneeltje is tegelijk zijn enige sensor. Hoe het werkt?

In rust heeft de Miniball een laag zwaartepunt. Het zonnepaneeltje vult langzaam een condensator met elektrische energie. Elke twee minuten legt een timer contact tussen de condensator en een elektromotor. Het mechanisme zet zich af tegen de bol, het zwaartepunt slingert omhoog en de Miniball gaat rollen. Zodra de condensator leeg is stopt hij weer. De voorkeur voor een zonnige koers ontstaat dank zij de schuine stand van het zonnepaneel. Daardoor is de lading die in twee minuten bij elkaar wordt gespaard afhankelijk van de (willekeurige) stand waarin de bol tot rust komt. `Kijkt' het paneel toevallig naar het licht, dan krijgt de condensator meer lading en volgt een lange sprint. Kijkt hij naar een donkere hoek, dan zit er veel minder beweging in.

Bijschriften

Een klassieke robot-arm, gemaakt van onderdelen uit de RCS-6 bouwdoos. De bijgeleverde software kan de servo's zowel per stuk als in groepen besturen, wat samengestelde bewegingen mogelijk maakt.

De `Mondo-Tronics Robotstore' biedt een enorme keus aan bouwdozen en onderdelen voor kleine robots, van speels en eenvoudig tot bijna serieus - er staat een grasmaaiende robot op de lijst, met zonnecellen als energiebron.

Tekst: Steven Bolt

To the Original Dutch

Let the robot do it

Complex robots are not able to do simple chores like vacuuming the house or mowing the lawn. But there is a breakthrough in the air: the personal robot will follow the personal computer. KIJK presents some of the forerunners.

Robots are scarce. You rarely see them in the street. Those that earn their daily bread work in large factories and laboratories. They are stupid machines. For everything they do they need scripts describing every motion in precise detail. So they aren't real robots, because intuitively we reserve that term for a mechanism able to carry on by itself, without us determining every action. What will a real robot look like in the future? Certainly not like `Commander Data' from Star Trek. There will always be cheaper ways to make something that so closely resembles a man.

Many chores we would gladly have a robot do - vacuuming the house, mowing the grass - demand something smaller, equipped with tools for the job. Even better would be a robot with more than one body: a collective organism. Then if you had a larger house or lawn, you wouldn't need another model, just more of the same robot. The advantage isn't just cheaper mass production. A collective organism never breaks down! The many little sub-robots divide the work between them, and automatically take over from one that stops. The robot as a whole continues, even if most of his `body' is defective. It will just mow or vacuum a bit slower. And repair is easy. You just buy a few more sub-robots.

A robot able to reliably vacuum any house it enters doesn't yet exist. Experimentals get stuck between the legs of a chair or in the carpet, they fall down the stairs or don't even find the better part of the floor. The cobwebs hanging from the ceiling and the dust on the little cabinet are even further out of reach. But there is a breakthrough in the air. It looks like the evolution of the robot may follow the way paved by the computer.

For decades most people never saw a computer. They did their work behind closed doors, tended by a cast of system operators. Then one day the microcomputers appeared, small and cheap enough for anyone's desk. It took them only a few years to conquer the world. IBM - which had made its name with room-sized `mainframes' - first underestimated this small fry, but in the end was clever enough to tie the best name for them to the company logo: Personal Compute. The power of the computer on your desk is its personal quality. It's yours.

The arm that sugars my coffee on the first page of this article has been built from the Robix RCS-6, a handy construction set for experimenting with many different robots. The challenge is designing a clever shape and good software, something that could lead to a useful robot. The makers of BEAM robots like the Walkman and the Miniball feel it is too early to think about usefulness. They aim for small, mobile and above all interesting robots that can look after themselves, to some extent. Both BEAM and the RCS-6 remind me of the microcomputers of 20 years ago, when Wozniak and Jobs presented their Apple-1 to the `Homebrew Computer Club. What we're waiting for is the Personal Robot. One that is attractive enough for a mass market to appear. Perhaps it will soon be built in a garage, just like the first Apple, by two future millionaires.

A suitcase full of robots

The Robix RCS-6 comes packaged in a sturdy tackle box. Clever use of existing components is also the hallmark of the contents. In the space meant for bait we find six servos and accessories from the world of RC model airplanes and boats. They are the `muscles' of the robots. The price/performance ratio of small servos has improved a lot in the past years. They have also lost a lot of weight. That and the tight fit in the aluminum `bones' explains the remarkable precision of the robot-arm we built for the photographs. It could repeat movements to within a millimeter, even at a reach of more than 25 cm. But lifting-power is limited, and the accuracy of course not guaranteed.

The maker of the RCS-6 has used the servos as the foundation for a set of parts that allow you to build a wide range of different robots. They are controlled by software running on a PC. An interface connects the printer port of the computer with the servos. It also offers two on/off outputs (5 volt, 150 mA), and inputs for eight analog and seven switch-closure sensors. The cable between computer and robot puts the emphasis on constructions that don't get up and go, but experiments with wheeled and walking robots are possible if you accept the limited range.

Near the bottom of the tackle box you will find a video tape that clearly demonstrates how the servos, the aluminum profiles and all the special parts fit together. We followed the tape, hit `pause' a few times and had our robot-arm up and running within an hour. The software allows full control of a robot using the keyboard. The current positions of the servos are shown as well as the readings of any connected sensors. With a single keystroke you can save successful maneuvers in a script. Putting sugar in the coffee was child's play, and illustrated the shortcomings of a classic robot; if the sugar, the spoon or the cup are not exactly in the right place things go wrong, since the arm merely repeats a series of movements.

The RCS-6 is primarily intended for use by schools and universities, to give students their first hands-on experience with robots. Using the simple scripting language, beginners can finish interesting projects in a short time. Access to the servos is complete, with full control over acceleration, maximum speed and deceleration. But there are no words like `if', `while' or `do'. A script can't react to sensors. Yet advanced users can do anything they want - and they don't need to learn a new language! An interface library connects the system to the well-known programming language C, which offers more than enough power to control the most complex robots.

KIJK-readers get five percent discount on an RCS-6, which brings the price to 537 dollars. Add to that 54 dollar shipping charges (Federal Express and insured), 5.6 percent duties and 17.5 percent VAT for a total of well over 1200 guilders. Serious money, but it's hard to think of a better way to experiment with computer- controlled robots. The set is supplied by:

Advanced Design, Inc.
6052 N. Oracle Road
Tucson, AZ 85704
USA
Fax. (1) 520 575 0703
Email desk@robix.com

Payment is easiest using a credit card (Visa or MC, fax rather than email). Include the card number, the expiration date, the name of the holder as it appears on the card, and the name and phone number of the issuing bank. Delivery only to the address of the card holder.

Also state that you will take care of duties and taxes yourself. And don't forget to mention KIJK; five percent adds up to 28 dollars...

More information

Can be found on the Internet.

B.E.A.M. - The Wild Robot

We associate the word `robot' immediately with computers. Quite reasonable, since a robot obviously needs a brain. ``Wrong,'' says Mark Tilden, a roboticist working for the American Los Alamos National Laboratory. He concentrates on small, simple robots, which react directly to their environment. Parts for them are preferably cannibalized from defective items of consumer electronics. The VBUG 1.5 ``Walkman'' was put together from the remains of four walkmans, an oven timer, a broken pager and only 32 transistors. It reacts to light and five tactile sensors. The leg movements are not centrally controlled. Yet the Walkman walks, and not just on level terrain. It climbs obstacles much higher than itself and even crawls over stacked coat hangers. The secret is a more or less spontaneous collaboration between six `neurons', each reacting to a sensor and to each other. Tilden named this type of circuit the microcore and applied for a patent.

The Walkman performs better than many computer controlled robots, but is still a machine. It walks its battery flat and stops. According to Tilden a real robot should find its own food and remain active for many years without needing its owner's helping hand. It is first of all a machine that survives, a `wild' robot. Wait until a robot has learned to take care of itself. Then put it to work, domesticate it. Three `laws' describe the robot that Tilden tries to create:

A robot must protect its existence at all costs;
A robot must obtain and maintain access to a power source;
A robot must continually search for better power sources.

The surest source of energy for an electronic robot is sunlight. Electronic photovores (light eaters) have an advantage over living nature, because solar cells convert light directly to electro mechanical energy, whereas biological life needs a complex chemical interstage. And a robot has few natural enemies - it is not edible. This allows even very simple robots (about a dozen parts) to remain active for a very long time, stubbornly searching for a better place under the sun.

Tilden advances their evolution by organizing BEAM Robotics Competitions. BEAM stands for biology, electronics, art and mechanics. Use of solar energy is not always required. There is a competition for almost every imaginable kind of robot. But the criteria make sure that all competitors build towards the goal of an autonomous robot with good survival skills. BEAM makes people think about the technical problems in a playful manner. The result is a flood of surprising designs, like the `Miniball', a light seeking photovore by Dave Hrynkiw, based on a design of Richard Weait. Put it on the floor and the Miniball (about the size of a tennis ball) will slowly move towards the spot where the light is brightest, even if it has to find its way between obstacles. It seems impossible, since the robot has no wheels, legs, or whiskers. Its one solar panel is also its only sensor. How it works?

When asleep, the Miniball has a low center of gravity. Its solar panel slowly fills a capacitor with eletrical energy. Every two minutes a timer makes contact between the capacitor and a motor. The mechanism pushes off against the sphere, the center of gravity swings upwards and the ball starts rolling. When the capacitor is empty, it stops. The preference for light originates from the slant of the solar panel, which makes the charge that is acquired in two minutes depend on the (random) way the Miniball wobbles to rest. If the solar panel happens to be looking towards the light, the capacitor gets a good charge and a long sprint follows. The robot will hardly move if it looks the other way.

Captions

A classic robot-arm, made of parts from the RCS-6 construction set. The included software is able to control the servos one at a time as well as in groups, which makes complex movements possible.

The `Mondo-Tronics Robotstore' offers an enormous choice of kits and parts for building small robots, from playful and simple to almost serious - there actually is a robotic lawn mower on the list, powered by solar cells.

Text: Steven Bolt