Aktuelle Version vom 9. Januar 2017, 12:06 Uhr

Dieser Wiki-Beitrag ist Teil eines Projektes, welches im Rahmen vom Fachpraktikum Elektrotechnik im 5. Semester Mechatronik absolviert wurde. Ziel des Beitrags ist es, eine nachhaltige Dokumentation zu schaffen, welche die Ergebnisse festhält und das weitere Arbeiten am Projekt ermöglicht.

Autoren: Calvin Biermann, Julian Spratte

Betreuer: Prof. Schneider

Aufgabe

Verbessern Sie die Positionsschätzung des Roboters mit einem DGPS-Modul.

Erwartungen an die Projektlösung

Einarbeitung in die bestehenden Ardumowers-Unterlagen
Einarbeiten in das Topcon DGPS Modul.
Planung und Beschaffung der Bauteile
Einbau des DGPS-Moduls in den Mäher
Inbetriebnahme
Übertragung der Referenzdaten von der Basisstation an den mobilen Empfänger
Auswertung der Differenzdaten (RTK)
Mitwirkung an der Schnittstelle des Sensors (HW & SW)
Erstellen Sie ein faszinierendes Video, welches die Funktion visualisiert.
Test und wiss. Dokumentation

Schwierigkeitsgrad

Mechanik: *
Elektrotechnik: *
Informatik: **

Einleitung

Der folgende Artikel ist von Calvin Biermann und Julian Spratte verfasst worden und legt die Aufgabenstellung der genauen Positionserfassung des Ardumover Rasenmähroboters mittels eines DGPS-Moduls theoretisch dar. Im fünften Semester des Mechatronikstudiums an der Hochschule Hamm-Lippstadt werden die Studenten im Rahmen des Fachpraktikums ,,Grundlagen der Elektrotechnik 2" mit der Aufgabe konfrontiert einen autonom mähenden Roboter, den Ardumover, zu konstruieren. Um eine Kartierung des Roboters zu ermöglichen wird die Position des Roboters mittels eines DGPS-Moduls bestimmt. Dieses setzt sich aus einem im Ardumover verbauten GPS-Modul und einem Topcon Hiper V, der ortsfesten Referenzstation, zusammen. Via Funk ist es so möglich Korrektursignale zu senden.

,,Wie stark die Genauigkeit [gegenüber einer gwöhnlichen GPS Standortbestimmung] erhöht werden kann, hängt hauptsächlich von der Entfernung des DGPS-Empfängers von der Referenzstation ab. Die erreichbare Genauigkeit liegt je nach Qualität des Empfängers und der Korrekturdaten zwischen 0,3 m und 2,5 m für die Lage (x, y) und bei 0,2 m bis 5 m für die Höhe. Hochqualitative Systeme werten zusätzlich die Phasenverschiebung der Trägerwelle aus (wie z. B. bei geodätischen Empfängern üblich) und erreichen so Genauigkeiten von wenigen Millimetern (± 1 mm bis ± 10 mm pro km Abstand zur Referenzanlage)".

Quelle:https://de.wikipedia.org/wiki/Differential_Global_Positioning_System

Projektdurchführung

Projektplan

1. Einarbeitung in Ardumower

2. Beschaffen der Bauteile

3. Einarbeitung in DGPS

4. Zusammenbau der einzelnen Bauteile

5. Software und Programmierung GPS-Modul

6. Positionskorrektur durch DGPS

Verwendete Bauteile

1 x GPS-Modul

4 x Verbindungskabel für Arduino

1 x Arduino Uno

Referenzpunkt: zweites GPS-Modul / mobile Referenzstation (Z.B. Topcon DGPS Modul)

Vorgehen

Zuerst muss das GPS-Modul für die Verbindung mit dem Arduino Board vorbereitet werden. Dazu werden Pins für Kabel an das Modul gelötet. Anschließend kann eine Verbindung zum Arduino Board hergestellt werden um GPS-Daten zur Entfernungs- und Positionsbestimmung zu erhalten. Um aus dem GPS ein Differenzial GPS zu machen müssen über eine mobile Referenzstation weitere Signale empfangen werden. Diese müssen anschließend gleichzeitig ausgewertet werden und die Koordinaten der Referenzstation müssen genau bekannt sein. Durch Vergleich der beiden Signale kann anhand von Algorithmen der Messfehler bestimmt werden und dadurch die Position auf einige Zentimeter genau bestimmt werden. Falls keine Referenzmessstation vorhanden ist kann diese auch durch ein baugleiches GPS-Modul realisiert werden. Hierbei wird das erste GPS-Modul mobil gehalten (später auf dem Roboter) und das zweite wird an einem fixen Standort positioniert. Da das zweite Modul seine genauen Positionsdaten kennt, kann direkt der Fehler der Satelliten für die feste GPS Position bestimmt werden. Die Messfehler des Roboters in der Nähe sollten annähernd gleich sein, wodurch es möglich ist die Position des Roboters zu korrigieren.

Ergebnis

Zusammenfassung

Das praktische Ergebnis beschränkt sich auf den Empfang von GPS-Daten, da der zeitiche Rahmen des Praktikums für diese Aufgabe nicht ausreichend war. Jedoch bietet sich die Weiterarbeit auf Grundlage der theoretisches Projektergebnisse an.

Ausblick

Durch die genaue Positionsschätzung des Roboters ist eine Kartierung möglich, um die Fahrwege nachzuvollziehen und zu verbessern.

Weiterführende Links

Unterlagen

Literatur: Satellitenortung und Navigation: Grundlagen, Wirkungsweise und Anwendung globaler Satellitennavigationssysteme; Gebundene Ausgabe: 380 Seiten; Verlag: Vieweg+Teubner Verlag; Auflage: 3 (11. Dezember 2009); Sprache: Deutsch; ISBN-10: 3834806110; ISBN-13: 978-3834806116;

YouTube-Video

Unser spannendes Youtubevideo: https://youtu.be/vBjbeNYaaCk

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AM 18: DGPS Module: Unterschied zwischen den Versionen