SDE Systementwurf SoSe2025: Autonome Fahrbahnvermessung: Unterschied zwischen den Versionen
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[[Datei: | [[Datei:Alphabot_mit_Prisma.JPG|thumb|rigth|450px|Abb. 1: Autonome Fahrbahnvermessung im Labor Autonome Systeme]] | ||
[[Datei: | [[Datei:2DKarte_ohneMittellinie.jpg|thumb|rigth|450px|Abb. 2: Ergebnisdarstellung der Außenlinien]] | ||
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| '''Sprint 1:''' || Autonome Fahrbahnvermessung | | '''Sprint 1:''' || Autonome Fahrbahnvermessung | ||
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| '''Zeit:''' || Dienstag, 08:15 - 10:30 Uhr, Selbstlernzeit: | | '''Zeit:''' || Dienstag, 08:15 - 10:30 Uhr, Selbstlernzeit: Dienstag, 10:45 - 12:00 Uhr, Donnerstag, 13:00 - 15:00 Uhr | ||
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| '''Ort:''' || Labor L3.3-E01-180 (Autonome Systeme) | | '''Ort:''' || Labor L3.3-E01-180 (Autonome Systeme) | ||
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= Einleitung = | = Einleitung = | ||
Für verschiedene Aufgaben im Forschungsbereich des Autonomen Fahrens wird eine Referenzmessung (Engl.: Ground Truth) benötigt um beispielsweise Messwerte zu bewerten. Programmieren Sie, wie Sie es im 2. Semester gelernt haben, einen bestehenden AlphaBot mit einem Linienverfolger, so dass dieser die bestehenden Fahrbahnränder abfährt (vgl. Abb. | Für verschiedene Aufgaben im Forschungsbereich des Autonomen Fahrens wird eine Referenzmessung (Engl.: Ground Truth) benötigt um beispielsweise Messwerte zu bewerten. Programmieren Sie, wie Sie es im 2. Semester gelernt haben, einen bestehenden AlphaBot mit einem Linienverfolger, so dass dieser die bestehenden Fahrbahnränder abfährt (vgl. Abb. 1). Zeichnen Sie dabei die Roboterpose mit einem Referenzsystem auf und erstellen Sie so eine digitale Karte der bestehenden Fahrbahn (vgl. Abb. 2), | ||
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|+ style="text-align:left;"| Tabelle | |+ style="text-align:left;"| Tabelle 1: Anforderung an die Autonome Fahrbahnvermessung | ||
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! Req. !! Beschreibung !! Priorität | ! Req. !! Beschreibung !! Priorität | ||
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= Getting Started | {| role="presentation" class="wikitable mw-collapsible mw-collapsed" | ||
| <strong>Getting Started </strong> | |||
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# Sicherheitseinweisung für das Labor Autonome Systeme | # Sicherheitseinweisung für das Labor Autonome Systeme | ||
# Besprechung der Selbstlernzeit mit Kollegen Ebmeyer | # Besprechung der Selbstlernzeit mit Kollegen Ebmeyer | ||
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# ggf. Überarbeitung/Verbesserung des Artikels [[Referenzmessung_mit_der_Topcon_Robotic_Total_Station]] | # ggf. Überarbeitung/Verbesserung des Artikels [[Referenzmessung_mit_der_Topcon_Robotic_Total_Station]] | ||
# Analyse und Bewertung der Ergebnisse im Wiki-Artikel | # Analyse und Bewertung der Ergebnisse im Wiki-Artikel | ||
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| <strong>Terminprotokolle </strong> | |||
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|+ style="text-align:left;"| Tabelle 2: Terminprotokolle | |||
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! # !! Termin !! Thema !! Protokoll | ! # !! Termin !! Thema !! Protokoll | ||
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| 1 || 25.03.2025 || [[Anforderungen Praktikum Systementwurf SoSe2025|Auftaktveranstaltung]] || Planung in Form eines Gantt Diagramms | | 1 || 25.03.2025 || [[Anforderungen Praktikum Systementwurf SoSe2025|Auftaktveranstaltung]] || [[#Planung - Sprint 1 |Planung - Sprint 1]] in Form eines Gantt Diagramms erstellt | ||
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| 2 || 27.03.2025 || [[SDE Systementwurf SoSe2025: Autonome Fahrbahnvermessung|Linienverfolger und Referenzmessung]] || Kanban-Board erstellt, erste Tests Linienfolger | | 2 || 27.03.2025 || [[SDE Systementwurf SoSe2025: Autonome Fahrbahnvermessung|Linienverfolger und Referenzmessung]] || Kanban-Board erstellt, erste Tests Linienfolger | ||
Folgende zu erledigen | Folgende zu erledigen Punkte wurden in das Kanban-Board aufgenommen: Planung, Dokumentation, Prüfen der Linienfolgerdemo, Implementierung PD-Regler, durchgezogene Linie verfolgen (Meilenstein), Referenzmessung mit TopCon (Meilenstein), Fahrweg in Karte einzeichnen, 2D-Karte erstellen, Mittelinienfolger, drei Linien in Karte einzeichnen (Meilenstein) | ||
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| 3 || 01.04.2025 || [[SDE Systementwurf SoSe2025: Autonome Fahrbahnvermessung|Linienverfolger und Referenzmessung]] || Planung überarbeitet -> Planung abgeschlossen, PD-Regler implementiert, Linienfolgerdemo E08b aus der Arduino Beispielbibliothek genutzt und geändert | | 3 || 01.04.2025 || [[SDE Systementwurf SoSe2025: Autonome Fahrbahnvermessung|Linienverfolger und Referenzmessung]] || Planung überarbeitet -> Planung abgeschlossen, PD-Regler implementiert, Linienfolgerdemo E08b aus der Arduino Beispielbibliothek genutzt und geändert, siehe [[#PD-Regler Test und Parametrierung | PD-Regler Test und Parametrierung]] | ||
Prüfen der Linienfolgerdemo und Implementierung PD-Regler abgeschlossen | Prüfen der Linienfolgerdemo und Implementierung PD-Regler abgeschlossen | ||
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| 5 || 08.04.2025 || [[SDE Systementwurf SoSe2025: Autonome Fahrbahnvermessung|Linienverfolger und Referenzmessung]] || Erste Testmessungen, Vergleich von unterschiedlichen Topcon Positionen | | 5 || 08.04.2025 || [[SDE Systementwurf SoSe2025: Autonome Fahrbahnvermessung|Linienverfolger und Referenzmessung]] || Erste Testmessungen, Vergleich von unterschiedlichen Topcon Positionen | ||
Kommentar: | Kommentar: 1. TopCon Messung in der Kurve nach der Startgeraden die Sicht wurde verloren -> Standort des TopCon geändert - Messung aus der mitte der Schleife | ||
Zwei erfolgreiche Messungen für äußere Bahn ("TopCon_Messung_250408_1139.mat") und innere Bahn ("TopCon_Messung_250408_1153.mat") | Zwei erfolgreiche Messungen für äußere Bahn ("TopCon_Messung_250408_1139.mat") und innere Bahn ("TopCon_Messung_250408_1153.mat") | ||
Messung durchgeführt mit "trackePrisma.m", Anzeige mit "zeigeTopConMessung.m" | Messung durchgeführt mit "trackePrisma.m", Anzeige mit "zeigeTopConMessung.m" | ||
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Probleme zum Mittellinienverfolger bleiben bestehen | Probleme zum Mittellinienverfolger bleiben bestehen | ||
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| | | 7 || 15.04.2025 || [[SDE Systementwurf SoSe2025: Autonome Fahrbahnvermessung|Linienverfolger und Referenzmessung]] || 2D-Karte: Innen- und Außenmessung zusammengeführt, Koordinatentranformation überarbeitet, Wiki-Artikel mit Protokollen, Gantt-Diagramm und SVN-Ordnerstruktur erweitert | ||
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| 8 || 17.04.2025 || [[SDE Systementwurf SoSe2025: Autonome Fahrbahnvermessung|Linienverfolger und Referenzmessung]] || 2D-Karte erfolgreich erstellt. Aussenlinien zusammengefügt, Startlinie eingefügt und Hilfslinien bis auf Stopplinien entfernt. Wiki-Artikel überarbeitet: Abb. 1 + 2 ausgetauscht. | |||
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= PD-Regler Test und Parametrierung = | = Planung (Plan) - Sprint 1 = | ||
[[Datei:Sprint1Gantt.JPG|thumb|left|1500px|Abb. 3: Planung Sprint 1 - Gantt-Diagramm]] | |||
== Funktionaler Systementwurf/Technischer Systementwurf == | |||
https://wiki.hshl.de/wiki/index.php/AlphaBot | |||
== Komponentenspezifikation == | |||
https://wiki.hshl.de/wiki/index.php/AlphaBot | |||
= Umsetzung (Do) = | |||
= Test und Dokumentation (Check) = | |||
== PD-Regler Test und Parametrierung == | |||
{| role="presentation" class="wikitable mw-collapsible mw-collapsed" | {| role="presentation" class="wikitable mw-collapsible mw-collapsed" | ||
| <strong>Testergebnisse </strong> | | <strong>Testergebnisse </strong> | ||
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{| class="wikitable" | {| class="wikitable" | ||
|+ Tabelle | |+ Tabelle 3: Testergebnisse | ||
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! Test # !! Geschwindigkeit !! Kp !! Kd !! Sollwert !! Beschreibung | ! Test # !! Geschwindigkeit !! Kp !! Kd !! Sollwert !! Beschreibung | ||
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| Test 9 || 80 || 0.08 || 1.5 || 2000 || sehr gutes Fahrverhalten des AlphaBot | | Test 9 || 80 || 0.08 || 1.5 || 2000 || sehr gutes Fahrverhalten des AlphaBot | ||
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| Test 10 || 80 || 0.07|| 1.8 || 2000 || Kd und Kp Werte noch einmal angepasst, | | Test 10 || 80 || 0.07|| 1.8 || 2000 || Kd und Kp Werte noch einmal angepasst, sehr gutes Fahrverhalten -> PD-Regler abgeschlossen | ||
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| Test 11 || 80 || 0.07 || 1.8 || 2000 || Fahrt mit Prisma, weiterhin sehr gutes Fahrverhalten | |||
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{| class="wikitable" | |||
|+ style="text-align:left;"| Tabelle 4: Systemtest gegen die Anforderungen | |||
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! Req. !! Beschreibung !! Priorität !! Zustand !! Link auf das Ergebnis | |||
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| 1 || Ein [[AlphaBot]] muss nacheinander die drei Linien der Fahrbahn autonom verfolgen.|| 1 || 2/3 || Ergebnislink fehlt | |||
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| 2 || Als Referenzmessystem kommt die [[Referenzmessung_mit_der_Topcon_Robotic_Total_Station|Topcon Robotic Total Station]] zum Einsatz.|| 1 || ✓ || Ergebnislink fehlt | |||
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| 3 || Das Prisma wird auf einer zu fertigenden Halterung über der Lenkachse des AlphaBot montiert. || 1 || x || Doku der CAD-Zeichnung fehlt. | |||
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| 4 || Die Referenzwerte müssen mit MATLAB<sup>®</sup> aufgezeichnet werden.|| 1 || x || Ergebnislink fehlt | |||
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| 5 || Fehler in den Messwerten müssen bereinigt werden.|| 1 || x || Ergebnislink fehlt | |||
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| 6 || Die zweidimensionale digitalen Karte muss als MATLAB<sup>®</sup>-Datei (<code>.mat</code>) bereitgestellt werden. || 1 || x || Ergebnislink fehlt | |||
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| 7 || Das Vorgehen muss als Gantt-Diagramm geplant werden. || 1 || 1/2 || Abh. und Meilensteine fehlen | |||
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| | | 8 || Lösungsweg und Lösung muss im Wiki dokumentiert werden. || 1 || x || nicht nachvollziehbar dokuementiert | ||
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| | | 9 || Nach Erstellen der digitalen Karte muss die Fahrt des AlphaBot in der Karte eingezeichnet werden. || 1 || x || Ergebnislink fehlt | ||
|} | |} | ||
= Fehlerbehebung (Act) = | |||
Zuvor haben Sie Ihren Plan entwickelt, umgesetzt und überprüft. Jetzt müssen Sie auf die Ergebnisse reagieren. Es wird eine Analyse des Soll-Zustands erstellt, die anschließend mit dem Ist-Zustand verglichen wird. Zudem stehen während dieser Phase die Fragen im Vordergrund, was optimiert werden kann und wo sich weitere Potenziale befinden. | |||
{| class="wikitable" | |||
|+ style = "text-align: left"|Tabelle 5: Optimierungsansätze für Sprint 2 | |||
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! Ergebnis !! Optimierung | |||
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| Im Gantt-Diagramm fehlen Abhängigkeiten und Meilensteine. Der Nutzen des Gantt-Diagramms wird in Frage gestellt. || In Sprint 2 wird auf das Gantt-Diagramm verzichtet und nur mit KANBAN strukturiert gearbeitet. | |||
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| Die Req. 3, 5, 6, 8, 9 wurden missverstanden. || Zukünftig werden die Anforderungen hinterfragt, um Missverständnisse zu minimieren. | |||
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| Req. 3 wurden missverstanden. || Die CAD-Zeichnung der Halterung muss mit dokumentiert werden. | |||
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| Req. 5 wurden missverstanden. || Die aufgezeichnete Fahrspur weist Rauschen auf. Für eine Weiterverwendung muss dieser Fehler ggf. geglättet werden. | |||
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| Req. 6 wurden missverstanden. || Die zweidimensionale digitalen Karte muss als MATLAB<sup>®</sup>-Datei (.mat) bereitgestellt werden. | |||
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| Req. 8 wurden missverstanden. || Der Lösungsweg und die Lösung müssen nachvollziehbar im Wiki dokumentiert werden. Beispiel: Welche Soft- und Hardware benötige ich, um das Projekt nachzustellen? | |||
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| Req. 9 wurden missverstanden. || Nach Erstellen der digitalen Karte muss die Fahrt des AlphaBot in der Karte eingezeichnet werden. | |||
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| Verschiebung des Koordinatenursprungs || Die angefahrenen Positionen müssen positiv sein. | |||
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| Position der Topcon Station dokumentieren. || Für nachfolgende Teams muss klar dokumentiert werden, wo die Topcon Station zu positionieren ist (Pose). Ein Foto würde helfen. | |||
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= Zusammenfassung= | |||
Der Linienfolger mit sehr gutem Fahrverhalten des AlphaBot wurde implementiert und die Messwerte bzw. Außenlinien wurden mit AlphaBot und Topcon Station aufgenommen. Die daraus gewonnenen Daten wurden gespeichert und in einer 2D-Karte als Ergebnis dargestellt. | |||
Die Fehlerbeheben/Messwertbereinigung war nur für Kalibrierungslinien und Hilfslinien nötig. Der Mittellinienfolger konnte noch nicht funktionsfähig implementiert werden. | |||
= Anhang = | = Anhang = | ||
Arbeitsergebnisse im SVN-Ordner: | |||
https://svn.hshl.de/svn/MTR_SDE_Praktikum/trunk/_Semesterordner/SS2025/Sprint_1/ | |||
{| class="wikitable" | |||
|+ style = "text-align: left"|Tabelle 5: Ablauf Meilenstein Sprint 1 | |||
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! Uhrzeit !! Inhalt | |||
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| 8:15 || Begrüßung und Meilensteinpräsentation | |||
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| 8:25 || Diskussion der Ergebnisse | |||
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| 8:40 || Test der Anforderungen | |||
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| 8:45 || Live-Vorführung der Fahrt ink. Vermessung der Roboterpose (Req. 9) | |||
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| 8:50 || Sichtung der Abgabeunterlagen, Diskussion der Eigenbewertung | |||
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| 9:00 || Besprechung der Aufgaben und Vorgehensweise für Sprint 2 | |||
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→ zurück zum Artikel: [[SDE-Team_2025/26|SDE-Team 2025/26]] | → zurück zum Artikel: [[SDE-Team_2025/26|SDE-Team 2025/26]] | ||
Aktuelle Version vom 27. Mai 2025, 15:30 Uhr
| Autoren: | Jan Steffens & Lukas Berkemeier |
| 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: | Autonome Fahrbahnvermessung |
| Zeit: | Dienstag, 08:15 - 10:30 Uhr, Selbstlernzeit: Dienstag, 10:45 - 12:00 Uhr, Donnerstag, 13:00 - 15:00 Uhr |
| Ort: | Labor L3.3-E01-180 (Autonome Systeme) |
Einleitung
Für verschiedene Aufgaben im Forschungsbereich des Autonomen Fahrens wird eine Referenzmessung (Engl.: Ground Truth) benötigt um beispielsweise Messwerte zu bewerten. Programmieren Sie, wie Sie es im 2. Semester gelernt haben, einen bestehenden AlphaBot mit einem Linienverfolger, so dass dieser die bestehenden Fahrbahnränder abfährt (vgl. Abb. 1). Zeichnen Sie dabei die Roboterpose mit einem Referenzsystem auf und erstellen Sie so eine digitale Karte der bestehenden Fahrbahn (vgl. Abb. 2),
| Req. | Beschreibung | Priorität |
|---|---|---|
| 1 | Ein AlphaBot muss nacheinander die drei Linien der Fahrbahn autonom verfolgen. | 1 |
| 2 | Als Referenzmessystem kommt die Topcon Robotic Total Station zum Einsatz. | 1 |
| 3 | Das Prisma wird auf einer zu fertigenden Halterung über der Lenkachse des AlphaBot montiert. | 1 |
| 4 | Die Referenzwerte müssen mit MATLAB® aufgezeichnet werden. | 1 |
| 5 | Fehler in den Messwerten müssen bereinigt werden. | 1 |
| 6 | Die zweidimensionale digitalen Karte muss als MATLAB®-Datei (.mat) bereitgestellt werden. |
1 |
| 7 | Das Vorgehen muss als Gantt-Diagramm geplant werden. | 1 |
| 8 | Lösungsweg und Lösung muss im Wiki dokumentiert werden. | 1 |
| 9 | Nach Erstellen der digitalen Karte muss die Fahrt des AlphaBot in der Karte eingezeichnet werden. | 1 |
| Getting Started |
|
| Terminprotokolle | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Planung (Plan) - Sprint 1
Funktionaler Systementwurf/Technischer Systementwurf
https://wiki.hshl.de/wiki/index.php/AlphaBot
Komponentenspezifikation
https://wiki.hshl.de/wiki/index.php/AlphaBot
Umsetzung (Do)
Test und Dokumentation (Check)
PD-Regler Test und Parametrierung
| Testergebnisse | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
| Req. | Beschreibung | Priorität | Zustand | Link auf das Ergebnis |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Ein AlphaBot muss nacheinander die drei Linien der Fahrbahn autonom verfolgen. | 1 | 2/3 | Ergebnislink fehlt |
| 2 | Als Referenzmessystem kommt die Topcon Robotic Total Station zum Einsatz. | 1 | ✓ | Ergebnislink fehlt |
| 3 | Das Prisma wird auf einer zu fertigenden Halterung über der Lenkachse des AlphaBot montiert. | 1 | x | Doku der CAD-Zeichnung fehlt. |
| 4 | Die Referenzwerte müssen mit MATLAB® aufgezeichnet werden. | 1 | x | Ergebnislink fehlt |
| 5 | Fehler in den Messwerten müssen bereinigt werden. | 1 | x | Ergebnislink fehlt |
| 6 | Die zweidimensionale digitalen Karte muss als MATLAB®-Datei (.mat) bereitgestellt werden. |
1 | x | Ergebnislink fehlt |
| 7 | Das Vorgehen muss als Gantt-Diagramm geplant werden. | 1 | 1/2 | Abh. und Meilensteine fehlen |
| 8 | Lösungsweg und Lösung muss im Wiki dokumentiert werden. | 1 | x | nicht nachvollziehbar dokuementiert |
| 9 | Nach Erstellen der digitalen Karte muss die Fahrt des AlphaBot in der Karte eingezeichnet werden. | 1 | x | Ergebnislink fehlt |
Fehlerbehebung (Act)
Zuvor haben Sie Ihren Plan entwickelt, umgesetzt und überprüft. Jetzt müssen Sie auf die Ergebnisse reagieren. Es wird eine Analyse des Soll-Zustands erstellt, die anschließend mit dem Ist-Zustand verglichen wird. Zudem stehen während dieser Phase die Fragen im Vordergrund, was optimiert werden kann und wo sich weitere Potenziale befinden.
| Ergebnis | Optimierung |
|---|---|
| Im Gantt-Diagramm fehlen Abhängigkeiten und Meilensteine. Der Nutzen des Gantt-Diagramms wird in Frage gestellt. | In Sprint 2 wird auf das Gantt-Diagramm verzichtet und nur mit KANBAN strukturiert gearbeitet. |
| Die Req. 3, 5, 6, 8, 9 wurden missverstanden. | Zukünftig werden die Anforderungen hinterfragt, um Missverständnisse zu minimieren. |
| Req. 3 wurden missverstanden. | Die CAD-Zeichnung der Halterung muss mit dokumentiert werden. |
| Req. 5 wurden missverstanden. | Die aufgezeichnete Fahrspur weist Rauschen auf. Für eine Weiterverwendung muss dieser Fehler ggf. geglättet werden. |
| Req. 6 wurden missverstanden. | Die zweidimensionale digitalen Karte muss als MATLAB®-Datei (.mat) bereitgestellt werden. |
| Req. 8 wurden missverstanden. | Der Lösungsweg und die Lösung müssen nachvollziehbar im Wiki dokumentiert werden. Beispiel: Welche Soft- und Hardware benötige ich, um das Projekt nachzustellen? |
| Req. 9 wurden missverstanden. | Nach Erstellen der digitalen Karte muss die Fahrt des AlphaBot in der Karte eingezeichnet werden. |
| Verschiebung des Koordinatenursprungs | Die angefahrenen Positionen müssen positiv sein. |
| Position der Topcon Station dokumentieren. | Für nachfolgende Teams muss klar dokumentiert werden, wo die Topcon Station zu positionieren ist (Pose). Ein Foto würde helfen. |
Zusammenfassung
Der Linienfolger mit sehr gutem Fahrverhalten des AlphaBot wurde implementiert und die Messwerte bzw. Außenlinien wurden mit AlphaBot und Topcon Station aufgenommen. Die daraus gewonnenen Daten wurden gespeichert und in einer 2D-Karte als Ergebnis dargestellt. Die Fehlerbeheben/Messwertbereinigung war nur für Kalibrierungslinien und Hilfslinien nötig. Der Mittellinienfolger konnte noch nicht funktionsfähig implementiert werden.
Anhang
Arbeitsergebnisse im SVN-Ordner: https://svn.hshl.de/svn/MTR_SDE_Praktikum/trunk/_Semesterordner/SS2025/Sprint_1/
| Uhrzeit | Inhalt |
|---|---|
| 8:15 | Begrüßung und Meilensteinpräsentation |
| 8:25 | Diskussion der Ergebnisse |
| 8:40 | Test der Anforderungen |
| 8:45 | Live-Vorführung der Fahrt ink. Vermessung der Roboterpose (Req. 9) |
| 8:50 | Sichtung der Abgabeunterlagen, Diskussion der Eigenbewertung |
| 9:00 | Besprechung der Aufgaben und Vorgehensweise für Sprint 2 |
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