SDE Systementwicklung SoSe26: Bildbasierte Spurführung für autonomes Fahren
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| Autoren: | Julius von Agris |
| Dozent: | Prof. Dr.-Ing. Schneider |
| Modul | Mechatronik, Systementwicklung (Wahlpflichtprofil „Systems Design Engineering“), Sommersemester |
| Modulbezeichnung: | MTR-B-2-6.11 |
| Modulverantwortung: | Ulrich Schneider |
| Lehrveranstaltung: | Praktikum Systementwurf |
| Sprint 1: | Bildbasierte Spurführung für autonomes Fahren |
| Zeit: | Mittwoch, 08:15 - 10:30 Uhr, Selbstlernzeit: TBD |
| Ort: | Labor L3.3-E01-180 (Autonome Systeme) |
Einleitung
Die Fahrbahn wurde vollständig vermessen und liegt als digitale Karte vor (vgl. Abb. 1, 2). Die Position des Prismas kann während der Fahrt gemessen und in die Referenzkarte eingezeichnet werden. Aufgabe dieses Sprints einen Autonomen Mobilen Roboter (AMR) via Kamera und Spurerkennung in der rechten Fahrspur geregelt zu fahren, diese Fahrt zu vermessen und in die Karte zu übertragen.
| Req. | Beschreibung | Priorität |
|---|---|---|
| 1 | Ein AMR muss autonom mittig in der rechten Fahrspur fahren. | 1 |
| 2 | Als Referenzmessystem kommt die Topcon Robotic Total Station zum Einsatz. | 1 |
| 3 | Der AMR muss die Fahrbahndaten via Kamera (Pixy2.1) auswerten, um der Fahrspur zu folgen. | 1 |
| 4 | Die Referenzwerte müssen mit MATLAB® aufgezeichnet werden (x, y, ). | 1 |
| 5 | Messfehler müssen geeignet gefiltert werden. | 1 |
| 6 | Die zweidimensionale digitale Karte mit der Roboterpose während der Fahrt muss als MATLAB®-Datei (.mat) bereitgestellt werden. |
1 |
| 7 | Das Vorgehen muss am KANBAN-Board geplant und verfolgt werden. | 1 |
| 8 | Lösungsweg und Lösung muss in diesem Wiki-Artikel dokumentiert werden. | 1 |
| 9 | Als AMR muss ein AlphaBot eingesetzt werden. | 1 |
| 10 | Als Software für die Regelung muss MATLAB®/Simulink eingesetzt werden. | 1 |
| 11 | Die Gierrate muss gemessen, gefiltert und verwendet werden, um die Surregelung geeignet zu stützen. | 1 |
| 12 | Der Regler muss für eine Fahrt bis zur Maximalgeschwindigkeit ausgelegt werden. | 1 |
| AP | Beschreibung | Req. | Zuständigkeit |
|---|---|---|---|
| 1.1 | Spurerkennung mit der Pixy2.1 | 3, 5, 9 | Gleisenberg |
| 1.2 | Messung und Verarbeitung der Gierrate | 5, 11 | von Agris |
| 1.3 | Längeregelung | 1 | von Döllen |
| 1.4 | Querregelung | 1 | von Döllen |
| 1.5 | Messung der Roboterposition mittels Topcon Robotic Total Station | 2, 4, 5 | Gleisenberg |
| 1.6 | Schätzung der Roboterpose [x,y,] | 1 | von Döllen |
| 1.7 | Einzeichnen der Messwerte in die digitale Karte und Speicherung der Karte als Rundkurs.mat |
6 | von Agris |
| 1.8 | Überarbeitung/Verbesserung des Artikels Referenzmessung mit der Topcon Robotic Total Station | 8 | Gleisenberg |
| 1.9 | Integration der Bibliotheken in Hauptprogramm | von Agris |
Vorbereitung
Wichtig für die Spurverfolgung mit Kamera sind die Lichtverhältnisse. Für die geregelte Fahrt mit dem AlphaBot ist es notwendig die Lichtverhältnisse wie in den Abbildungen 4 und 5 dargestellt zu gewährleisten. Die oberen beiden Lichttaster müssen betätigt sein und die innenliegenden Rolläden müssen unten sein.
-
Abb. 4: Lichtschalter -
Abb. 5: Innenliegende Rolläden
Planung (Plan)
Ziel-Zustand
Der AlphaBot soll autonom in der rechten Fahrbahn fahren, indem die Außenlinie durch die Linienerkennung der Pixy 2.1 erkannt und darauf geregelt wird. Parallel dazu soll die Position des AlphaBot mit der Topcon-Station gemessen, gefiltert, gespeichert und in den Rundkurs eingezeichnet werden.
Umsetzung (Do)
Test und Dokumentation (Check)
Systemtest gegen die Anforderungen
| Req. | Beschreibung | Testergebnis | Erfüllt |
|---|---|---|---|
| 1 | Ein AMR muss autonom mittig in der rechten Fahrspur fahren. | ||
| 2 | Als Referenzmessystem kommt die Topcon Robotic Total Station zum Einsatz. | ||
| 3 | Der AMR muss die Fahrbahndaten via Kamera (Pixy2.1) auswerten, um der Fahrspur zu folgen. | ||
| 4 | Die Referenzwerte müssen mit MATLAB® aufgezeichnet werden (x, y, ). | ||
| 5 | Messfehler müssen geeignet gefiltert werden. | ||
| 6 | Die zweidimensionale digitale Karte mit der Roboterpose während der Fahrt muss als MATLAB®-Datei (.mat) bereitgestellt werden. |
||
| 7 | Das Vorgehen muss am KANBAN-Board geplant und verfolgt werden. | ||
| 8 | Lösungsweg und Lösung muss in diesem Wiki-Artikel dokumentiert werden. | ||
| 9 | Als AMR muss ein AlphaBot eingesetzt werden. | ||
| 10 | Als Software für die Regelung muss MATLAB®/Simulink eingesetzt werden. | ||
| 11 | Die Gierrate muss gemessen, gefiltert und verwendet werden, um die Surregelung geeignet zu stützen. | ||
| 12 | Der Regler muss für eine Fahrt bis zur Maximalgeschwindigkeit ausgelegt werden. |
Fehlerbehebung (Act)
Zusammenfassung
Ausblick
Anhang
SVN-Arbeitsverzeichnis
https://svn.hshl.de/svn/MTR_SDE_Praktikum/trunk/Software/AlphaBot/
Bereitgestellte Module
| # | Modul | Funktion | Testbericht | Testergebnis |
|---|---|---|---|---|
| 1 | starteAlphaBotMapping.m |
Live-Mapping des Prisma | Testbericht | ✓ |
| 2 | leseReferenzpunkte.m |
Einlesen der Referenzpunkte | Testbericht | ✓ |
| 3 | KosTrafoTzuWelt.m |
Koordinatentransformation Topcon- → Welt-KOS | Testbericht | ✓ |
| 4 | empfangePrismaPosition.m |
Bluetooth-Empfang der Messwerte der Topcon Station | Testbericht | ✓ |
| 5 | KalmanFilter.m |
Kalma-Filter zur Schätzung | Testbericht | ✓ |
| 6 | SpurRegelungAlphaBot.slx → Subsystem Wertevergleich |
Querregelung als Simulink Modell | Testbericht | ✓ |
| 7 | SpurRegelungAlphaBot.slx → Subsystem PID-Regler |
PID-Regler als Simulink Subsystem | Testbericht | ✓ |
| 8 | Rundkurs.mat | Digitale Karte (linke, mittlere und rechte Fahrspur) | ||
| 9 | zeichneRundkurs.m | Demo zur Darstellung von Rundkurs.mat |
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