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Microtransat

Organisation

Routing & Weather

DataLink

OnBoardNet & Sensors

Manöver & Logic

Autopilot

Modell

Key words: weather routeing, routing, autonomous sailing, robotics

Diese Projektseite wird nicht mehr gewartet. Die offizielle Seite zum Projekt "Roboat - Autonomes Segelboot" ist http://www.roboat.at.

Fully automatic sailboat from Austria wins Microtransat

The "roboat" developed by Austria's InnoC has won first prize in the Microtransat competition. To win, fully automatic sailboats no more than three meters long and controlled by computers had to navigate the course. French aeronautics university ENSICA organized the event. The ultimate goal is to construct sailboats that can cross the Atlantic without a pilot and without external intervention. The jury pay special attention to "tacking," i.e. sailing against the wind.

Five boats took part in the competition. However, the navigation system was not completely finished on one of them, and another had a technical defect and control problems. In addition to the Austrian roboat, an ENSICA boat and one from the University of Wales took part. InnoC says that its boat was the only competitor whose control and navigational system was completely on the boat and worked smoothly. On the two days of the competition (last Thursday and Friday), the wind was blowing at a full 20 knots (just over 10 m/s).

InnoC is a club of young people interested in technology; it also organizes the Robotchallenge. In March, 50 robots took part in that competition. After the Robotchallenge, the members began working on the 1.5 meter long roboat in their spare time. The HTL Spengergasse school of Vienna provided space for the workshop. A conventional model sailboat was equipped with a fanless computer (VIA mini-ITX 600 MHz and a 1 GB flash card running on Debian) and a number of PIC microprocessors.

After its success in France, the team now plans to take part in the second Microtransat in August of 2007. The goal of that competition will be to cross the Irish Sea. InnoC is now looking for sponsors.

Source: heise.de (http://www.heise.de/english/newsticker/news/74139), 12.06.2006

Kontakt: contact@innoc.at, +43 664 611 38 49 (Roland Stelzer)
Web: http://www.innoc.at

Einleitung

Von den Ägyptern (5000 v.Chr) bis ins 19 Jh n.Chr waren Segelschiffe das dominante Fortbewegungsmittel über das Wasser. Heute dient Segeln in Industriestaaten primär dem Sport und Hobby. Diese umweltfreundlichste aller Fortbewegungsmittel erfordert bisher viel manuelle Arbeit und ist eine Wissenschaft für sich.

Automatische Segelboote könnten dieser Fortbewegungsart eine neue Renaissance bescheren. Im Wissen, dass eine echte vollautonome Transatlantiküberquerung noch ein wenig Zeit kosten wird, vernstaltet das Ecole Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Constructions Aéronautiques (Technische Hochschule für Luftfahrtkonstruktionswesen) am 8. und 9. Juni 2006 erstmalig eine Transatlantiküberquerung im Miniaturformat.

Die „Microtransat“ findet auf einem See in Südfrankreich statt. Boote bis 3m Länge müssen unterschiedlichste Manöver vollautomatisch ohne Hilfe vom Ufer durchführen.

Das österreichische Team rund um InnoC und die HTL Spengergasse tritt mit seinem „Roboat“ an. Die Herausforderung besteht darin, alle Sensoren, die Navigation, die Steuerung und die Stromversorgung auf 3 kg zu schrumpfen und eine intelligente Software zu entwickeln, die mit den Manövern und Eigenheiten des Segelns umgehen kann.

Aktuell / Next Steps

Microtransat-Fotos

Im September 2007 findet die Microtransat (http://www.microtransat.org) in Aberystwyth (Wales, UK) statt. InnoC wird wieder mit einem Boot dabei sein. Ziel ist diesmal, die Hochseetauglichkeit eines Roboter-Segelbootes unter Beweis zu stellen.

InnoC gewinnt „Microtransat“

Toulouse, FR. Am 8 und 9. Juni organisierte die französische Luftfahrtuniversität ENSICA (Ecole Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Constructions Aéronautiques) auf dem See St. Nicolas De La Grave (in der Nähe von Toulouse) den ersten Wettbewerb seiner Art in Europa. Die Idee einer vollautomatischen und autonomen Atlantiküberquerung stellte man auf einem See nahe Toulouse in kleinerem Maßstab nach: Unbemannte Segelboote bis 3m Länge mussten ohne Fremdeingriff einen abgesteckten Kurs befahren. Besonderen Wert legte die Jury auf die Navigation, insbesondere auf das „Aufkreuzen“ - das Segeln gegen den Wind.

Das Österreichische Team rund um InnoC konnte sich mit ihrem „roboat“ souverän gegen die Teams der ENSICA und der Aberystwyth (University of Wales) behaupten – fünf Boote hatten sich angekündigt. InnoC konnte als einziges Team eine eine vollständig auf dem Boot ablaufende, erfolgreiche Steuerung und Navigation demonstrieren.

„Wir hatten extrem wenig Zeit“, erklärt Roland Stelzer, Präsident von InnoC „wir erfanden das Segeln nicht neu, sondern kombinierten ein konventionelles Modellsegelboot mit ausgeklügelter Technik“. Das Team arbeitete seit Ende März in seiner Freizeit in einem von der HTL Spengergasse zur Verfügung gestellten Raum an dem Boot und seiner Steuerung – Sieben Mitglieder (Raphael Charwot, Adrian Dabrowski, Matthias Hofmann, Karim Jafarmadar, Ira Lee Kuhn, Tobias Pröll, Roland Stelzer) konnten den Sieg vorort in Toulouse feiern.

Die Ziele und Anforderungen des Wettbewerbs werden sich in Zukunft weiter steigern - bis die unbemannten Boote eines Tages tatsächlich der Atlantik überqueren können. Die nächste Aufgabe im August 2007 ist die Meisterung der Meerstraße von Irland; wofür noch Sponsoren gesucht werden.

Kommentar des Veranstalters

“The boat realized a perfect fully autonomous navigation between two waypoints. The boat sailed about one hour. They won the First (and only) price. Congratulation to them!”

mehr auf http://www.ensica.fr/microtransat

Ausblick in die Zukunft

• Vortrag über die Microtransat und das erfolgreiche InnoC-Team am Donnerstag, den 6. Juli 2006 um 19 Uhr
• Wir möchten natürlich auch bei der nächsten Microtransat im Sommer 2007 teilnehmen. Das sehr ambitionierte Ziel ist eine vollautonome Überquerung der Irischen See (ca. 100km)
• Bis 2010 soll die Microtransat dann durch die Transat abgelöst werden, d.h. wir mächten das Boot allein über den Atlantik schicken!

Nächste Schritte

Verbesserungen am roboat

geplant:

• Motor reparieren
• neue Wantenspanner
• gaffalose Fixierung auch für vordere und hintere Abdeckung
• Webcam
• Intensität der Rudersteuerung von Bootsgeschwindigkeit abhängig machen (langsames Boot ist viel träger)
• spalte manuell/auto ins logfile
• Strömung messen
• Abdrift berücksichtigen
• Notfallmanöver "Aufschießer" (Reflex Layer)
• Neuer (längerer) Alu-Überleger für die Windsensoren
• bessere Montage des SSN-Hubs und der Voltage-Platine
• Voltage-SSN-Platine ins Eagle

erledigt:

• AbsWind am Boot messen
• Hauptschalter austauschen
• SSN-Stabilität testen (neuer hub)
• besser abdichten, vor allem VIA-Board besser schützen
• Routenchef: beliebig viele wegpunkte aus configfile (record-aufbau: x, y, radius, delay, evtl. auch noch cruising-parameter)
• SSN-Timeout auch am neuen SSN-Switch implementieren
• letzte SW von Raphael einspielen: Rückmeldung aller Werte an den Daemon
• "Akku-Wanne" zum Schutz vor Wasser

Für die Hochseetauglichkeit

• Größeres, unsinkbares, unkenterbares Boot http://www.laerling.nl/de/index.htm
• Satellitenkommunikation http://www.satpro.org
• Unabhängige Stromversorgung; Solar
• Long-Term Weather Routing
• Collission avoidance: Radar
• elektrische Winsch
• elektrisches Ruder
• Entwässerungssystem (Sensor, Pumpe)

Eventuell als unabhängige Projekte zu Vergeben

• Roboat-Cockpit: Visualisierung der Daemon-Daten
• Satellitenkommunikation mit DMR-200
• GRIB: Wind- und Strömungsvorhersagen Irische See für Routeing aufbereiten
• Strömung/Abdrift am Boot messen
• Midrange-Communication, z.B. GPRS
• Roboat-Promotion: Video, Folder, Web, ...

Chronik der letzten Tage vor dem Wettbewerb

Reiseplanung Toulouse

dienstag, 6. juni 2006

• vormittag abfahrt richtung südwesten

mittwoch, 7. juni 2006

• see-besichtigung und letzte vorbereitungen

donnerstag, 8. juni 2006

• exhibition and conferences; auch ein vortrag über unser roboat steht am programm

freitag, 9. juni 2006

• der tag der tage ... die microtransat regatta
• sieg feiern ;)

samstag, 10. juni 2006

• sieg feiern ;)

sonntag, 11. juni 2006

• ausschlafen
• rückfahrt antreten

montag, 12. juni 2006

• back home

Ergebnisprotokolls vom 5. Juni 2006

Roland, Karim, Matthias, Adrian

Testfahrt Neusiedlersee mit Autopilot

• hat wieder seine Ziele erfolgreich angesegelt!!! Bestens gerüstet für Toulouse.

Ergebnisprotokolls vom 4. Juni 2006

Roland, Karim, Matthias

Testfahrt Schwanenteich mit Autopilot

• akkuspannungsüberwacher fertiggestellt und eingebaut
• netzgerät für f-14 gebaut
• eigener schalter für ssn-stromkreis
• heeling offset bestimmen (senkrecht zeitg -1° an)
• link-quality mitloggen (raphael)
• position-log in metrischen koordinaten loggen (karim)
• neue vorschoter-fuzzyrules ins cvs
• richtungs-/koordinatenumrechnung auf plausibilität checken
• Detaillierte Tests von Navigator und Steuermann
• AUTOPILOT FUNKTIONIERT!!!

Ergebnisprotokolls vom 3. Juni 2006

Testfahrt Neue Donau mit Autopilot

roland, karim, matthias

• einkaufen: einkaufsliste unter http://www.innoc.at/intern/index.php/Einkaufsliste
• wieder mal dichtheitsprobe -> boot einigermaßen dicht
  • schwämme/wettex ins boot
• testen des ruder-teils des skippers -> übersteuert stark -> fuzzy-system angepasst
  • fixen wind vorgeben
  • kurs gegen den wind vorgeben, damit der navigator eine zick-zack-route berechnet
  • route vom navigator durchsimulieren und abspeichern
  • ohne segel mit leichtem motorantrieb fahren -> der skipper sollte das boot exakt entlang der route steuern
  • bootsroute aufzeichnen und mit der simulierten route vergleichen
• bei erfolg auch vorschoter testen
  • boot blieb trocken, allerdings genaue entscheidungen aus dem log schwer ablesbar -> raphael hat log-output verbessert
• testaufbau des funkmasts und wlan-tests, 2 access-points verwendet
• resettaster des via-boards rausgeführt
• reparatur der segelwinde
• reparatur des rel. winddir. sensors
• gewichtetes mittel über mehrere abs. windrichtungswerte der ws2300 in perl-skript einbauen

Ergebnisprotokolls vom 2. Juni 2006

roland, karim, matthias, tobi

• bus versichert
• alles für testfahrten und toulouse in den bus gepackt, da am we kein lift in der spg verfügbar ist

Ergebnisprotokolls vom 1. Juni 2006

roland, tobi, raphael, karim, adrian

• überlassungsvertrag mit mkn für bus
• reisekasko für karim's auto abschließen
• kompiliermöglichkeit direkt am boot schaffen
• vorschoter im trockenen testen
  • sonderfall halse nicht vergessen
  • bug fixen: desiredkraengung ist immer 0
• schwanenteich rudder control test simulieren
• akkus aufladen für nächste testfahrt
• kalibrierergebnis in ssn-sw für schaufelrad implementieren

Ergebnisprotokoll vom 31. Mai 2006

roland, tobi, adrian

• schaufelrad kalibrieren im windkanal der tu wien

Ergebnisprotokoll vom 29. Mai 2006

Roland, Karim, Matthias, Adrian

• transportkiste fertig
• neuer ssn-hub am boot
• 0-wind-problem gelöst
  • scheinb. wind: daemon sendet auch bei 0 messbarem wind einen bestimmten minimalwind
  • wahrer wind: shorewind-programm sendet immer minimalwind; auch raphaels sw ignoriert o-wind-vektor
• schaufelrad reparieren
• neue sw von raphael aufs boot (hat immer noch einen bug beim vorschoter: deltakraengung ist immer 0)
  • absolutwert bei kraengung nehmen

Ergebnisprotokoll vom 25. Mai 2006

Roland, Karim, Adrian, Raphael

• umrechnung der bootsrichtung passt nicht
• ruder skalierung von 103 in beide richtungen
• gps hat 26grad statt 16grad gezeigt???
• einbinden der ws2300 wetterstation (shorewind.pl)
• implementierung des autopiloten am via-board
• neujustierung der segelwinde und mit tropfen speed fixieren
• ssn-switch läuft nicht stabil -> umstieg auf neues 628er-layout
• tests im trockenen, zuerst steuermann und vorschoter separat
  • steuermann ok
  • vorschoter änderungen nötig: s. oben

Ergebnisprotokoll vom 24. Mai 2006

Roland, Karim

• testen des servocontrollers
• abdichten der ruderaufhängung
• richtigstellung der schotführung
• stromversorgung für servos mit schalter über receiver
• montage der wlan-antenne am boot
• beiagscheiben bei unterer ruderaufhängung, um druck auf dichtungsring zu bekommen

Ergebnisprotokoll vom 22. Mai 2006

Roland, Karim, Matthias

• ecken der via-board-abdeckung abgeschrägt
• neuen ssn-switch bestückt
• servo-controller umschgeschrieben
  • skalierung der rc-inputs auf den gültigen windenservo-bereich
  • "auto" als default-einstellung, falls kein signal von fernsteuerung
• motor über separaten akku mit strom versorgen + schalter und eigenem ladestecker rausgeführt
• silikon in den bereich unter dem ruderservokasten (wo die motorstange durch den rumpf sticht)

Ergebnisprotokoll vom 21. Mai 2006

unser ziel war, dass wir am sonntag, den 21. mai mit allen sensoren an bord ferngesteuert segeln und die sensorwerte mitloggen. gleichzeitig mussen wir auch wlan-tests mit der antenne am boot machen.

Roland, Karim, Tobi, Raphael, Ira

testvorgaben

• Segeln am Schwanenteich in Oberlaa
  • ferngesteuert mit logging aller daten via daemon
  • testen der wlan-konfiguration (noch nicht endgültige antennen)
  • visualisierung von fahrtroute und sensordaten am ufer

fazit:

• tests waren prinzipiell erfolgreich
  • wurde erfolgreich ferngesteuert gesegelt
  • route und sensordaten wurden an land visualisiert (kleine bugs am daemon wurden vorort gefixt)
  • wlan-konfig ok, kommunikation zum boot möglich
• probleme
  • umrechnng des kompasswertes im daemon evtl. fehlerhaft
  • ssn-hub ist instabil
  • segelwinde kann per fernsteuerung überdreht werden
  • leichter wassereintritt
  • zeitweilige wlan-verbindungsprobleme (es wurden nicht die endgültigen antennen verwendet)
  • 2-akkupack, netzteil oder schnell-lader für fernsteuerung wäre gut

Ergebnisprotokoll vom 20. Mai 2006

Roland, Karim, Matthias

• montage aller sensoren und der wlan-antenne am boot + anschließen an ssn-switch bzw. via-board
• abdeckung für via-board machen
• ssn-switch
• testen des daemons am pc mit allen ssn-sensoren
• implementierung des daemons mit logging-funktion am via-board

Ergebnisprotokoll vom 19. Mai 2006

Roland, Karim, Ira

• reparatur der wanten des vorderen mastes
• höhere montage des schonersegels um mehr platz für das via-board zu gewinnen
• fertigstellen aller verkabelungen im boot (strom- und sensordatenleitungen)
• ssn-module für 2 potis (windrichtung, baumstellung) geätzt, bestückt, programmiert, getestet
• ssn-modul für 2 potis (windrichtung, baumstellung) geätzt, bestückt, programmiert, getestet
• testen der gps-maus, insbesondere der geschwindigkeitsfunktionalität - erfolgreich

todos

• timeouts bei ssn-switch / auf welchem hub implementiert?
• transportkiste fertigstellen - griffe montieren
• bootsbeschriftung "innoc.at" oder "roboat"

Vergangene Meilensteine

• Jungfernfart mit der Atlantis am 8. Mai 2006 Fotos (http://www.flickr.com/photos/39643383@N00/sets/72057594130817445/)
• Präsentation des Projektfortschritts als InnoC.at-Themenabend am 6. April. Also bitte schauen, dass jeder bis dort was herzeigbares zustande bringt :)
• HTL Spengergasse (http://www.spengergasse.at) unterstützt das Projekt durch Überlassung eines Raumes zum gemeinsamen Arbeiten. Projektraum-Eröffnung am Donnerstag, den 16.2. um 18 Uhr.
• Mailingliste mailto:microtransat@innoc.at eingerichtet. Enthält alle, die aktiv am Projekt mitarbeiten (siehe unten, Abschnitt "Team"). Wenn du auch auf den Newsletter möchtest, bitte Mail an mailto:contact@innoc.at.
• Microtransat - Protokoll 19.01.2006
• PPT-Slides zum Projekt, Stand 12.1.2006 (http://www.innoc.at/uploads/media/MicrotransatSlides.pdf)

Allgemeines

InnoC.at (http://www.innoc.at) will ein Team für die erste Microtransat in Toulouse im Juni 2006 zusammenstellen. Es handelt sich um einen Wettbewerb für autonome (Modell-)Segelboote. Details unter http://web.ensica.fr/microtransat/

• Austragungsort: The Saint Nicolas de la Grave lake 44° 4'52.81"N / 1° 2'22.99"E (http://maps.google.com/maps?f=q&hl=en&q=44%C2%B0+4%2752.81%22N++/+1%C2%B0+2%2722.99%22E&t=k&ll=44.084749,1.039753&spn=0.049076,0.173035)

Thursday, 8 June 2006
* Boats exhibition at ENSICA
* Conferences

Friday, 9 June 2006
* First Microtransat Challenge. The challenge will take place on a lake near Toulouse.

Interessenten melden sich bitte bei roland@innoc.at und/oder tragen sich einfach unten bei "Team" ein.

Teilprojekte

• TP1) Organisation
• TP2) Weather Routeing
• TP3) Kommunikation zwischen PC und Boot
• TP4) Vernetzung Sensoren und Aktuatoren
• TP5) Manöver/Logik
• TP6) Umschaltung Manuelle Steuerung / Autopilot
• TP7) Bootsbau - Die Meister des Heißklebers

Team

Bitte jeweils dazuschreiben, an welchen Teilen ihr mitarbeitet. Ein bisschen was hab ich schon dazu geschrieben (bitte ausbessern bzw. ergänzen, falls ich mich geirrt habe). --Stelzerroland 20:39, 22. Jan 2006 (CET)

• Raphael Charwot (Visualisierung, Simulation, Framework)
• Adrian Dabrowski (SSN-Switch, SSN-Software, Funk)
• Georg Graner (GPRS Datalink)
• Wolfgang Gutschier
• Walter Hammerl
• Matthias Hofmann
• Karim Jafarmadar (SSN-Hardware/-Software, Kommunikation)
• ILK (Trainigsbasis am Neusiedlersee)
• Tobias Pröll (Routenoptimierung)
• Alexander Springer und 1-2 Klassenkollegen(SSN-Module) (X)
• Arvid Staub (erschütterungsresistenter Neigungssensor) (X)
• Roland Stelzer (Projektleitung, Weather Routing, neigungsunabhängiger Kompass, Bootsbau)
• Klaus Wendy (Weather Routing, Umschalten maneuelle Steuerung / Autopilot)
• Justin Zimmermann (Platinen ätzen, GPRS-Datalink)

Zeitplan

Sobald es warm wird, sollten wir gleich mit den Segelexperimenten im Freien beginnen. Bis dahin brauchen wir fertig:

• Alle Sensoren/Aktoren als SSN-Module TP4
• SSN-Switch mit entsprechend vielen Ports - Adrian? TP4
• Kommunikation zum PC über GPRS - Georg und Co. (Übertragungsprotokoll mit Raphael ausmachen) TP3)
• Datalogging am PC und Visualisierung für Analyse - Raphael
• Umschaltung RC/Autopilot - hat Klaus schon gemacht für einen Flieger, sollte man wieder ausgraben TP6

Teilergebnisse sollen beim InnoC.at (http://www.innoc.at)-Themenabend am 4. April 2006 präsentiert werden!

Infos vom Veranstalter

First off all you must have understood that the Challenge Rules are vey "flexible" in order to allow any team to participate. The problem is very challenging and we expect less than 10 participants this year.

Will all boats start simultaneously, or one after the other?

If boats are able to sail the total distance (about 1km) it will take hours. The start won't be simultaneous but boats will sail simultaneously anyway. We focus on quality of navigation rather than speed.

Do we have access to the current wind data in real time during the race (eg. via internet)?

I don't think. (There won't be any Internet connection at the Challenge location). I you have no wind sensor inboard I suggest a solution : you can hand measure the wind direction at the ground station and just send this information to your boat. (My boat measures the local wind direction, I can also provide this information).

What will the topic of the conference on 8th of June be? Will there be a call for papers?

The topic is mainly the presentation of each boats. I think we can add a presentation of the research field of interest of each participants. If a lot of interest arises about our competition I'll setup a call for paper, deadline and so on but I will inform you.

How long before the start will we get the exact coordinates of the bouys?

I don't know yet. There is two possible locations for the challenge (please see the Google Earth locations attached). I will be able to define the GPS positions a few weeks before the challenge. But I will put the buoys the day before or the same day. I will then update the GPS positions. Anyway if you provide datalogging, we will trust your GPS.

You write, that a human must be able to take over control of the boat. How far from the course will the team members be? on shore or on a boat?

The maximum possible distance is one kilometer. We will provide one motor boat and walkies talkies in order to rescue our autonomous boats.

What if two or more boats use the same frequency for manual control via radio remote control device?

A few weeks before the challenge I will send a "radiofrequency datasheet" that everybody will have to fill. I'll check for compatibilities.

A few more details:

• The Toulouse area is pretty well known for wind (the famous "vent d'autan")! Be ready for up to 30-40 Knts !
• Tell me as soon as possible the size of your team, I'll arrange the lodging then (we have several students room, at student price).
• Please note that ENSICA will try to arrange lodging and food at student price.
• Transportation beetween ENSICA, airport, lake, etc... will be also at ENSICA's charge.
• Toulouse wich is a very nice city!

Links

InnoC.at - Microtransat Projekt:

• Diese Seite (http://wiki.atrox.at/index.php/Microtransat)
• Slides zur Projektpräsentation (http://www.innoc.at/uploads/media/MicrotransatSlides.pdf)
• Unser Boot: Die Fairwind 900 (http://fairwind900.home.comcast.net/)
• InnoC.at - Die Organisation hinter dem Projekt (http://www.innoc.at)

Websites des Veranstalters:

• Offizielle Site (http://web.ensica.fr/microtransat/)
• Projektinfo auf französisch (http://das.ensica.fr/rubrique.php3?id_rubrique=58)

Ähnliche Projekte:

• roboternetz.de (http://www.roboternetz.de/phpBB2/zeigebeitrag.php?t=2331&highlight=segelboot)
• AROO: The Autonomous Sailing Robot (http://users.aber.ac.uk/mjn/Autonomous%20Sailing%20Robot.htm)
• Queen's University: Mostly Autonomous Sailboat Team (http://engsoc.queensu.ca/sailboat/)

Vergleichbare Wettbewerbe:

• Sailbot 2006 (http://engsoc.queensu.ca/sailboat/competition/index.htm)

Theorie des Segelns:

• Die wichtigsten Manöver einfach erklärt (http://www.grabner-sports.at/index.php?id=668)

Touristinfo Toulouse:

• Verkehrsamt Toulouse (http://www.ot-toulouse.fr/allemand/index.html)