AM 07: Kartierung und Navigation

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: Busemann Nils, Schmotz Maik

Betreuer: Prof. Schneider

Aufgabe

Kartierung der Objekte und des Gartens sowie Navigation anhand der Karte

Erwartungen an die Projektlösung

• Einarbeitung in die bestehenden Ardumowers-Unterlagen
• Erstellung einer selbstlernenden Karte
• Bestimmung der Roboterposition
• Navigation anhand dieser Karte und der Daten der Sensoren
• Abfahren der geplanten Trajektorien
• Mitwirkung bei der Inbetriebnahme und an den Schnittstellen zu Aktoren und Sensoren
• Darstellung der Ergebnisse im Vergleich zur Referenz
• Erstellen Sie ein faszinierendes Video, welches die Funktion visualisiert.
• Test und wiss. Dokumentation

Schwierigkeitsgrad

• Mechanik:
• Elektrotechnik:
• Informatik: ***

Einleitung

Eine Software zur Kartierung und Navigation des Ardumower ist derzeit nicht erhältlich und soll zur Positionierung des Mähroboters und Darstellung des Mähweges dienen. Dazu muss auf das im Roboter verbaute GPS-Modul zugegriffen werden. Zum Realisieren des Projektes wurde die Programmiersoftware Matlab verwendet.

Projektdurchführung

Zur Realisierung des Teilprojektes wurde ein Projektplan erstellt. Dieser wurde anschließend Schritt für Schritt abgearbeitet und realisiert.

Projektplan

1. Festlegen der Projektziele

2. Erstellen einer Grundsoftware

3. Simulieren der Software anhand von Beispieldaten

4. Ausführung der Software mit GPS-Daten

Verwendete Bauteile

Da das Thema Kartierung und Navigation überwiegend softwarelastig ist, wurden zur Realisierung lediglich die mathematische Software Matlab verwendet. Dazu kommt die Verbindung zum GPS-Modul, um die aktuelle Position zu bestimmen.

Ergebnis

Für die Kartierung und Navigation des Ardumower wird ein DGPS-Signal benötigt, welches Koordinaten in Metern bereitstellt. Zu Testzwecken wurde ein Testgebiet mit entsprechenden Koordinaten simuliert und dargestellt. Dieses Gebiet wird systematisch durchlaufen, makiert und die gafahrene Strecke bzw. Abschnitte farblich gekennzeichnet. Diese gekennzeichneten Felder bzw. Bereiche können an die Fahrstrategie übermittelt und genutzt werden. In der aktuellen Version der Kartierung und Navigation ist dem Roboter ausschließliche eine mit dem Uhrzeigersinn läufige Fahrtrichtung bei der Umfahrung der Mähfläche gewährt.

Funktionen

Diese Funktion sammelt die Position des Roboters, während dieser an der Perimeterschleife entlang fährt. Die Position wird durch Längen- und Breitengrade bestimmt und in einer Matrix gespeichert. Ist der Roboter komplett um die Perimeterschleife gefahren, werden Feldpunkt in der Fläche gesetzt. In der Funktion werden die zwei Funktionen leseBreitengrad() und leseLaengengrad() aufgerufen. Diese geben jeweils die aktuelle Position durch das GPS-Modul zurück. In der jetzigen Version werden diese Funktionen simuliert.

 function [karte, karte_fertig ] = karte_aufzeichnen()
 
 karte ... Matrix der Felder: [x Koordinate, y Koordinate, Zustand]
           Die erste Koordinate ist die Ladestation
           Zustand: 0...ungemäht 
                    1...gemäht  
                    2...Perimeterschleife 
                    3...aktueller Standpunkt auf Perimeterschleifer 
                    4...aktueller Standpunkt auf Rasen
 karte_fertig ... ist 1 wenn die Karte fertig erzeugt ist
 

Diese Funktion gibt die Karte aus. Dabei werden die verschiedenen Zustände grafisch visioniert.

 function karte_anzeigen(karte)
 
 karte ... Matrix der Felder: [x Koordinate, y Koordinate, Zustand]
           Die erste Koordinate ist die Ladestation
           Zustand: 0...ungemäht 
                    1...gemäht  
                    2...Perimeterschleife 
                    3...aktueller Standpunkt auf Perimeterschleifer 
                    4...aktueller Standpunkt auf Rasen

Zusammenfassung

Durch die Kartierung und Navigation ist es möglich mit Hilfe eines DGPS-Signals eine genaue Standortbestimmung bzw. eine Fahrwegdarstellung anzeigen zu lassen. Dadurch kann eine optimierte Fahrstrategie entwickelt werden und ein effizientes Fahrverhalten zu realisieren.

Ausblick

Zur Verbesserung der Kartierung und Navigation können GPS bzw. DGPS-Signale in das Programm eingearbeitet und somit die genauere Positionierung des Roboters auf der Mähfläche angepasst werden. Des Weiteren kann die Software so abgeändert werden, dass der Roboter nicht zu Beginn einmal die Fläche umfahren haben muss, sondern eine beliebige Strategie verfolgt werden kann. Das Programm setzt voraus, dass die DGPS-Daten vollkommen korrekt sind. Da dies in der Realität nicht unbedingt umsetzbar ist, sollten die Fehler mit Odemetrie- und Gyrodaten verringert werden.

Weiterführende Links

• Ardumower Wiki
• Positionsschätzung

Unterlagen

Simulierte Karte

Datei:Quellcode karte-aufzeichnen.pdf

Datei:Quellcode karte-anzeigen.pdf

YouTube-Video

Link Video: https://www.youtube.com/watch?v=qTI-WY9CGws&feature=youtu.be

ArduMower -> Fachbereich 5 Software/5.1 Kartierung und Navigation/Video/

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