AlphaBot: Motoren und Inkrementalgeber

Aus HSHL Mechatronik
Zur Navigation springen Zur Suche springen
Abb. 1: Lichtschrankenzustände CNTL/CNTR
Autor: Prof. Dr.-Ing. Schneider
Modul: Praxismodul II
Lehrveranstaltung: Mechatronik, Informatik Praktikum 2, 2. Semester

Inhalt

  • Ansteuerung der Motoren
  • Auslesen der Lichtschranken via Interrupt
  • Berechnung der gefahrenen Strecke
  • Fahrt einer definierten Strecke und Figur.
  • Berechnung des Kurswinkels aus diffenentieller Odometrie

Lernziele

Nach Durchführung dieser Lektion können Sie

  • die Fahrstrecke des linken und rechten Rades aus den Lichtschrankensignale berechnen.
  • eine definierte Strecke und Figur fahren.
  • die Position und Lage eines mobilen Roboters mittels diffenentieller Odometrie schätzen.


Lernzielkontrolle

  • Wie funktioniert eine Lichtschranke?
  • Wo ist beim AlphaBot rechts und wo links?
  • Wo befinden sich die Lichtschranken beim AlphaBot?
  • An welchen Pins des Arduino sind die Lichtschranken angeschlossen?
  • Wie werden die Lichtschranken eingelesen?
  • Was ist ein Interrupt und wozu dient er?
  • Wozu dient die Funktion attachInterrupt()?
  • Welche IO-Pins sind beim Arduino Uno Plus interruptfähig?
  • Werden die steigenden oder fallenden Flanken ausgewertet?
  • Wie errechnet man aus Lichtschrankenflanken die gefahrene Strecke?
  • Wie unterscheiden die Lichtschranke zwischen Vorwärts- oder Rückwärtsdrehung?

Versuchsvorbereitung

  • Arbeiten Sie sich anhand der Tutorials mit der Hardware Alphabot, Servo und Ultraschall vertraut.
  • Beachten Sie besonders die Ausrichtung der Akkus. ACHTUNG BRANDGEFAHR!
  • Machen Sie sich mit den MATLAB®-Demos vertraut.
  • Umrechnung der Koordinaten polar→kartesisch vertraut.

Warnung
  • Der AlphaBot verwendet sehr viele Sensoren, daher sind Ports mehrfach verwendet. Es kann somit zu Komplikationen kommen. Entfernen Sie einfach die Steckbrücken der Mehrfachbelegung.
  • Schützen Sie den Ultraschallsensor vor Verpolung! Beachten Sie die Beschriftung.
  • Falls der Ultraschallsensor keine vernünftigen Werte liefert, versorgen Sie diesen zusätzlich über die Akkus.

Versuchsdurchführung

Aufgabe 4.1: Lichtschranke

  1. Bitte aktualisieren Sie ihre Arduino / librarie.
  2. Machen Sie sich mit dem Demo E13_Lichtschranke vertraut, so dass Sie jede Zeile erläutern können.
  3. Kopieren Sie das Beispiel in Ihren Ordner und erweitern Sie es.
  4. Lassen Sie als Test beide Motoren langsam vorwärts drehen.
  5. Flankenwechsel von CNTL/CNTR sollen einen Interrupt auslösen.
  6. Optional: Stellen Sie beide Lichtschrankenzustände CNTL/CNTR über der Zeit in MATLAB® dar (vgl. Abb. 2).

Arbeitsergebnisse: testeLichtschranke.ino, testeLichtschranke.m, leseArduinoDaten.m

Aufgabe 4.2: RadInkrementalgeber

  1. Machen Sie sich mit E15_RadInkrementalgeberFahrt vertraut, so dass Sie jede Zeile erläutern können.
  2. Kopieren Sie das Beispiel in Ihren Ordner und erweitern Sie es.
  3. Rechnen Sie die Radumdrehungen in gefahrene Strecke um.
  4. Optional: Stellen Sie die gefahrene Strecke über der Zeit in MATLAB® dar (vgl. Abb. 3).

Arbeitsergebnis: testeRadInkrementalgeber.ino, zeigeRadInkrementalgeber.m, leseArduinoDaten.m

Aufgabe 4.3: 1 m Fahrt

  1. Machen Sie sich mit dem Demo E15_RadInkrementalgeberFahrt vertraut, so dass Sie jede Zeile erläutern können.
  2. Fahren Sie mit Ihrem Fahrzeug genau 1 m geradeaus vorwärts.
  3. Fahren Sie wieder zum Startpunkt zurück. Wenden Sie das Fahrzeug nicht!
  4. Der AlphaBot inkrementiert die Strecke bei Vorwärtsfahrt und dekrementiert bei Rückwärtsfahrt.
  5. Stellen Sie die gefahrene Strecke im seriellen Monitor dar.

Lernzielkontrollfragen:

  • Wie kann die Fahrtrichtung bei der Streckenbestimmung berücksichtigt werden?
  • Wurde 1 m gefahren? Steht der AlphaBot wieder am Startpunkt? Begründen Sie ggf. die Abweichung.

Arbeitsergebnis: fahreVorZurueck.ino

Aufgabe 4.4: Differentielle Odometrie

Odometrie bezeichnet eine Methode der Schätzung von Position und Orientierung (Lageschätzung) eines mobilen Roboters anhand der Daten seines Vortriebsystems. Durch Räder angetriebene Systeme benutzen dafür die Anzahl der Radumdrehungen, während laufende Systeme (z. B. Roboter) die Anzahl ihrer Schritte verwenden. Ein Gerät, das die Odometrie zur Lageschätzung verwendet, ist ein Odometer. Die Odometrie ist im Zusammenspiel mit der Koppelnavigation ein grundlegendes Navigationsverfahren für bodengebundene Fahrzeuge aller Art (Kraftfahrzeuge, Roboter), allerdings wird es auf Grund seiner Fehlereigenschaften selten als alleiniges Verfahren eingesetzt. In dieser Aufgabe werden die Raddrehzahlen der beiden Räder zur Lageschätzung verwendet.

  1. Erweitern Sie Ihr bisheriges Programm, um die Seiten eines Quadrates im Uhrzeigersinn abzufahren (vgl. Abb. 4).
  2. Die Seitenlänge a ist eine Variable und soll 30 cm betragen.
  3. Führen Sie eine Schleife 4x aus, die aus Geradeausfahrt und Drehung besteht.
Abb. 4: Fahren Sie im Uhrzeigersinn die Seiten eines Quadrates ab

Lernzielkontrollfragen:

  • Kommen Sie wieder am Startpunkt an?
  • Begründen Sie ggf. eine Abweichung.

Arbeitsergebnis: fahreQuadrat.ino

Aufgabe 4.5: Nachhaltige Doku

Sichern Sie alle Ergebnisse mit beschreibendem Text (message) in SVN.

Arbeitsergebnis in SVN: SVN Log

Demos

Literatur

Ausblick zur nächsten Lektion

In der nächsten Lektion findet die Zwischenprüfung statt.


→ Termine 1 2 3 4 5 6 7 8 10 11 12
→ zurück zum Hauptartikel: Informatik Praktikum 2
→ Haben Sie Fragen? Informatik Praktikum FAQ

Abgerufen von „https://wiki.hshl.de/wiki/index.php?title=AlphaBot:_Motoren_und_Inkrementalgeber&oldid=148682“