AlphaBot: Gesteuerte Geradeausfahrt: Unterschied zwischen den Versionen

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Version vom 15. Mai 2025, 12:15 Uhr

Autor:	Prof. Dr.-Ing. Schneider
Modul:	Praxismodul II
Lehrveranstaltung:	Mechatronik, Informatik Praktikum 2, 2. Semester

Inhalt

Autonome Mobile Roboter müssen zur Erfüllung von Aufgaben im Raum navigieren. Der einfachste Weg ist über Odometrie. In dieser Lektion fahren wir feste Figuren im Raum ab.

Lernziele

Nach Durchführung dieser Lektion können Sie

Ihren Roboter eine vorgegebene Strecke geradeaus fahren lassen.
Bei Objekten im Fahrschlauch eine Notbremsung durchführen.
Messwerte in einer Textdatei speichern.
Messwerte mit MATLAB^® analysieren.

Vorbereitung

Schauen Sie Ihre Ergebnisse der Programier-Challenge I an, kopieren Sie diese in den Ordner Termin_06.
Optimieren Sie die Kopie bis alles lauffähig ist.

Versuchsdurchführung

Aufgabe 6.1: Geradeausfahrt von Feld A zu Feld B

Sie haben den Auftrag bekommen ein Fahrerloses Transportfahrzeug (FTF) zu entwickeln. Nutzen Sie den AlphaBot um die Funktion Ihrer Programmierung nachzuweisen.

Das FTF muss exakt 1,5 m kontinuierlich vorwärts geradeaus von Feld A zu Feld B fahren (a=1,5 m, b=0 m, c=0 m, vgl. Abb. 1).
Das FTF muss langsam anfahren, so dass erst nach 20 cm die Maximalgeschwindigkeit erreicht wird und 20 cm vor dem Ziel verzögern.
Die Messwerte Zeitstempel in s und die gefahrene Strecke des linken und rechten Rades müssen in der ASCII-Datei Geradeausfahrt.txt gespeichert werden.

Arbeitsergebnis: FTF.ino

Aufgabe 6.2: Analyse der Streckendaten

In MATLAB^® muss aus der Strecke die Geschwindigkeit und Beschleunigung des AMR berechnet und als Plot (1x3) untereinander Strecke in m, Geschwindigkeit in $\frac{m}{s}$ und Beschleunigung in $\frac{m}{s^{2}}$ über der Zeit in s dargestellt werden.

Was fällt Ihnen auf?

Arbeitsergebnisse: Geradeausfahrt.txt, zeigeRoboterPose.m

Aufgabe 6.3: Geregelte Geradeausfahrt

Nutzen Sie die Erkenntnisse, um geregelt geradeaus zu fahren. Vergleichen Sie hierzu die gefahrene Strecke beider Räder. Ist diese gleichgroß, fährt der AlphaBot eine Gerade. Verändern Sie adaptiv die Motorgeschwindigkeit abhängig von der Streckenabweichung.

Aufgabe 6.4: Hinderniserkennung

Ein Hindernis erscheint plötzlich in Ihrem Fahrschlauch. Sie reagieren mit einer Notbremsung, um den Unfall zu vermeiden. Verlässt das Hindernis die Fahrbahn, kann die geplante Fahrt weitergehen.

Nutzen Sie fahreZumStartpunkt.ino aus Übungsaufgabe 6.1.
Stoppen Sie, falls weniger als 20 cm vor Ihnen ein Hindernise auftaucht/steht (Notbremse).
Fahren Sie weiter, sobald das Hindernis entfernt wurde.
Fehlbremsungen müssen durch geeignete Signalfilterung (z. B. Tiefpassfilter) vermieden werden.

Arbeitsergebnis: Notbremsassistent.ino

Tipps

Drehen Sie den Ultraschall auf 90 ° (in Fahrrichtung geradeaus).

Wird ein Hindernis detektiert wird die Fahrt umgehend pausiert. Speichern Sie den Zustand.

Wird ein Hindernis entfernt wird die Fahrt wieder weitergeführt. Beispiel: Die Fahrstrecke beträgt 1 m geradeaus. Zum Zeitpunkt der Notbremsung wurden bereits 50 cm gefahren. Ist das Hindernis entfernt, fahren Sie 50 cm weiter.

Arbeitsergebnis: FTF_mit_Hinderniserkennung.ino

Aufgabe 6.5: Nachhaltige Doku

Sichern Sie alle Ergebnisse mit beschreibendem Text (message) in SVN.
Halten Sie die Regeln für den Umgang mit SVN ein.
Halten Sie die Programmierrichtlinie für C und die Programmierrichtlinien für MATLAB^® ein.
Versehen Sie jedes Programm mit einem Header (Header Beispiel für MATLAB, Header Beispiel für C).
Kommentiere Sie den Quelltext umfangreich.

Arbeitsergebnis in SVN: SVN Log

Demos

E01_MotorenTest
E15_RadInkrementalgeberFahrt
E22_OLED_Display
E33_Unterfunktion

Literatur

→ Termine 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
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 == Versuchsdurchführung ==
-=== Aufgabe 7.0: Demo ===
+=== Aufgabe 6.1: Geradeausfahrt von Feld A zu Feld B ===
-Prof. Schneider zeigt eine mögliche Lösung der Programmierchallenge als Software-Walkthrough. Sie bekommen im Anschluss die Möglichkeit Ihre Lösung zu optimieren, um das Gelernte zu vertiefen.
+Sie haben den Auftrag bekommen ein Fahrerloses Transportfahrzeug (FTF) zu entwickeln. Nutzen Sie den AlphaBot um die Funktion Ihrer Programmierung nachzuweisen.
+# Das FTF muss exakt 1,5 m kontinuierlich vorwärts geradeaus von Feld A zu Feld B fahren (a=1,5 m, b=0 m, c=0 m, vgl. Abb. 1).
+# Das FTF muss langsam anfahren, so dass erst nach 20 cm die Maximalgeschwindigkeit erreicht wird und 20 cm vor dem Ziel verzögern.
+# Die Messwerte ''Zeitstempel in s'' und die gefahrene Strecke des linken und rechten Rades müssen in der ASCII-Datei <code>Geradeausfahrt.txt</code> gespeichert werden.
-=== Aufgabe 7.1: Schleife - Fahre Dreieck ===
+Arbeitsergebnis: <code>FTF.ino</code>
-[[Datei:FahreDreieck.jpg|right|thumb|250px|Abb. 2: Gleichschenkliges Dreieck]]
-# Erweitern Sie Ihr bisheriges Programm, um die Seiten eines Dreiecks abzufahren (vgl. Abb. 2).
-# Die Seitenlänge a ist eine Variable und soll 30&thinsp;cm betragen.
-# Führen Sie eine Schleife 3x aus, die aus Geradeausfahrt und Drehung besteht.
-# Stellen Sie die gefahrene Strecke auf dem OLED Display dar.
-Arbeitsergebnis: <code>fahreDreieck.ino</code>
+=== Aufgabe 6.2: Analyse der Streckendaten ===
+In MATLAB<sup>®</sup> muss aus der Strecke die Geschwindigkeit und Beschleunigung des AMR berechnet und als Plot (1x3) untereinander Strecke in m, Geschwindigkeit in <math>\frac{m}{s}</math> und Beschleunigung in <math>\frac{m}{s^2}</math> über der Zeit in s dargestellt werden.
-{| role="presentation" class="wikitable mw-collapsible mw-collapsed"
+Was fällt Ihnen auf?
-| <strong>Tipp 1&thinsp;</strong>
-|-
+Arbeitsergebnisse: <code>Geradeausfahrt.txt</code>, <code>zeigeRoboterPose.m</code>
-| Nutzen Sie die Demos E01, E15, E22 im SVN-Verzeichnis.
-|-
-| Kapseln Sie Quelltext, der sich häufig wiederholt in Funktionen. Ein Beispiel hier für finden Sie unter den Beispielen E33_Unterfunktion.Wenn Sie beispielsweise das Quadrat programmieren,
-programmieren Sie zwei Funktionen void <code>fahreGeradeaus(float Strecke_f32)</code>, um die Strecke a geradeaus zu fahren und void <code>dreheRoboter(float Winkel_f32)<code>, um den
-AlphaBot um den Winkel <math>\Psi<math> zu drehen. Beide Funktionen können Sie anschließend in den nachfolgenden Aufgaben mit neuen Parametern wiederverwenden. Das spart enorm viel Zeit
-und ist weniger fehleranfällig, wenn Sie Ihre Funktionen getestet haben. Eine Drehung im Uhrzeigersinn ist negativ.
-|}
-=== Aufgabe 7.2: Variablen nutzen ===
+=== Aufgabe 6.3: Geregelte Geradeausfahrt ===
-Der Roboter soll eine quadratische Fläche komplett abfahren, dabei wird die Kantenlänge des
+Nutzen Sie die Erkenntnisse, um geregelt geradeaus zu fahren. Vergleichen Sie hierzu die gefahrene Strecke beider Räder. Ist diese gleichgroß, fährt der AlphaBot eine Gerade. Verändern Sie adaptiv die Motorgeschwindigkeit abhängig von der Streckenabweichung.
-Quadrats immer geringer (vgl. Abb. 1). Die Aufgabe eignet sich auch um eine komplette Fläche abzusuchen
-z.&thinsp;B. um Gegenstände in einem definierten Bereich zu finden.
-'''Arbeitsergebnis:''' <code>fahreSchnecke.ino</code>
+=== Aufgabe 6.4: Hinderniserkennung ===
+Ein Hindernis erscheint plötzlich in Ihrem Fahrschlauch. Sie reagieren mit einer Notbremsung, um den Unfall zu vermeiden. Verlässt das Hindernis die Fahrbahn, kann die geplante Fahrt weitergehen.
+# Nutzen Sie <code>fahreZumStartpunkt.ino</code> aus Übungsaufgabe 6.1.
+# Stoppen Sie, falls weniger als 20&thinsp;cm vor Ihnen ein Hindernise auftaucht/steht (Notbremse).
+# Fahren Sie weiter, sobald das Hindernis entfernt wurde.
+# Fehlbremsungen müssen durch geeignete Signalfilterung (z.&thinsp;B. Tiefpassfilter) vermieden werden.
+'''Arbeitsergebnis''': <code>Notbremsassistent.ino</code>
 {| role="presentation" class="wikitable mw-collapsible mw-collapsed"
-| <strong>Tipp 1&thinsp;</strong>
+| <strong>Tipps&thinsp;</strong>
 |-
-| Nutzen Sie die Demos E01, E15, E22 im SVN-Verzeichnis.
+| Drehen Sie den Ultraschall auf 90&thinsp;° (in Fahrrichtung geradeaus).
 |-
-| Nutzen Sie die Ihre Funktionen aus den vorherigen Aufgaben.
+| Wird ein Hindernis detektiert wird die Fahrt umgehend '''pausiert'''. Speichern Sie den Zustand.
+|-
+| Wird ein Hindernis entfernt wird die Fahrt wieder '''weitergeführt'''. Beispiel: Die Fahrstrecke beträgt 1&thinsp;m geradeaus. Zum Zeitpunkt der Notbremsung wurden bereits 50&thinsp;cm gefahren. Ist das Hindernis entfernt, fahren Sie 50&thinsp;cm weiter.
 |}
-=== Aufgabe 7.3: Der Rasen von Wimbledon ===
+Arbeitsergebnis: <code>FTF_mit_Hinderniserkennung.ino</code>
-Schreiben Sie ein Programm, das in immer gleichen Abständen parallele Bahnen mäht (vgl. Abb. 2 und Abb. 3).
+=== Aufgabe 6.5: Nachhaltige Doku ===
-[[Datei:Wimbledon.jpg |right|thumb|250px|Abb. 3: Der Rasen von Wimbledon]]
-[[Datei:Wimbledon2.jpg |right|thumb|250px|Abb. 4: Parallele Bahnen]]
-'''Arbeitsergebnis:''' <code>maeheRasen.ino</code>
-{| role="presentation" class="wikitable mw-collapsible mw-collapsed"
-| <strong>Tipp 1&thinsp;</strong>
-|-
-| Nutzen Sie die Demos E01, E15, E22 im SVN-Verzeichnis.
-|-
-| Nutzen Sie die Ihre Funktionen aus den vorherigen Aufgaben.
-|}
-=== Aufgabe 7.4: Nachhaltige Doku ===
 * Sichern Sie alle Ergebnisse mit beschreibendem Text (<code>message</code>) in SVN.
 * Halten Sie die Regeln für den [[Software_Versionsverwaltung_mit_SVN|Umgang mit SVN]] ein.
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 '''Arbeitsergebnis''' in SVN: <code>SVN Log</code>
-<!--
-== Tutorials ==
--->
 == Demos ==

AlphaBot: Gesteuerte Geradeausfahrt: Unterschied zwischen den Versionen

Version vom 15. Mai 2025, 12:15 Uhr

Inhaltsverzeichnis

Inhalt

Lernziele

Vorbereitung

Versuchsdurchführung

Aufgabe 6.1: Geradeausfahrt von Feld A zu Feld B

Aufgabe 6.2: Analyse der Streckendaten

Aufgabe 6.3: Geregelte Geradeausfahrt

Aufgabe 6.4: Hinderniserkennung

Aufgabe 6.5: Nachhaltige Doku

Demos

Literatur

Navigationsmenü

AlphaBot: Gesteuerte Geradeausfahrt: Unterschied zwischen den Versionen

Version vom 15. Mai 2025, 12:15 Uhr

Inhalt

Lernziele

Vorbereitung

Versuchsdurchführung

Aufgabe 6.1: Geradeausfahrt von Feld A zu Feld B

Aufgabe 6.2: Analyse der Streckendaten

Aufgabe 6.3: Geregelte Geradeausfahrt

Aufgabe 6.4: Hinderniserkennung

Aufgabe 6.5: Nachhaltige Doku

Demos

Literatur

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