AEP Gruppe B1 - SoSe18: Unterschied zwischen den Versionen

Version vom 5. Juli 2018, 16:33 Uhr

Autoren: Patrick Schumann und Julin Horstkötter

In dem Informatikpraktikum des zweiten Semesters im Studiengang Mechatronik ist ein selbstfahrender Roboter konstruiert worden. Dessen Software ist darauf ausgelegt, autonom einzuparken.

Zielsetzung

"Die Zielsetzung besteht in der Entwicklung und Programmierung eines autonom einparkenden Roboters. Dieser startet zunächst mit einer Geradeausfahrt, die mit einem Gierratensensor und einem PI-Regler geregelt ist. Parallel dazu misst der Roboter den Abstand zur rechten Wand mithilfe eines Ultraschallsensors. Aufgrund der dabei messbaren Abstandsdifferenz kann die Parklücke identifiziert werden. Durch den zusätzlichen Einsatz von Odometrie kann die Länge der Parklücke bestimmt werden. Nur wenn die Parklücke ausreichend groß ist, wird der eigentliche Parkvorgang eingeleitet. Dabei werden die Motoren für den eigentlichen Antrieb und für die Lenkung vollständig autonom angesteuert.
Programmiert wird in Matlab bzw. Simulink.

Teammitglieder und ihre Aufgaben

Patrick Schumann

• Konstruktion des Fahrzeuges

• Programmentwicklung mit Matlab und Simulink

• Entwicklung und Visualisierung des Konzeptplans mit PapDesigner

• Visualisierung des Fahrzeuges mit LegoDesigner

Julin Horstkötter

• Konstruktion des Fahrzeuges

• Programmentwicklung mit Matlab und Simulink

• Verfassen des Wiki-Beitrages

• Videoaufnahme und Bearbeitung

Konstruktionsplan im Lego Designer

Bemerkung: Da sich programmbedingt nicht alle Zahnräder korrekt platzieren ließen, fehlen im Konstruktionsplan in der Schussmotorik 2 Zahnräder pro Seite.

Fahrzeugkennwerte

Abmessungen des Fahrzeugs

Parameter	Maße in mm
Fahrzeuglänge	270 mm
Fahrzeugbreite	170 mm
Fahrzeughöhe	300 mm
Spurweite vorne	120 mm
Spurweite hinten	60 mm
Achsabstand	90 mm
Wendekreis	ca. 0 mm

Bemerkung: Der Roboter ist kompakt gebaut verfügt über ein Differentialgetriebe. Aus diesen Gründen meistert er selbst enge Kurven mühelos. Dadurch kann der Roboter selbst in engen Parklücken mühelos einparken.

Sensorik und deren Anwendungsgebiete

Gierratensensor: Messung der Rotationsgeschwindigkeit um die Hochachse
Ultraschallsensor: Messung des Abstandes zur Wand bzw. Messung der Tiefe der Parklücke
Odometrie: Messung des zurückgelegten Winkels der Motoren, woraus der Lenkwinkel und die Fahrdistanz berechnet werden können

Softwarekonzept als Programm-Ablauf-Plan (PAP)

PAP als PDF-Dokument: Datei:RoboSoccer - Gruppe B4 PAP.pdf

Die Software des Roboters teilt sich, wie im PAP ersichtlich, in folgende Unterprogramme auf:

ÄNDERN*************

Bildmaterial

Fotos

Video

Video zum Roboter "Robo Fighter"

Video-Beschreibung:
Herausgeber: Patrick Schumann und Julin Horstkötter
Hochschule: Hochschule Hamm-Lippstadt
Studiengang: Mechatronik 2. Semester
Projektkurs: Informatikpraktikum II (Gruppe B1)
Betreuer: Prof. Dr. Ing.-Schneider
Musikquelle: iMovie
Praktikumsziel: Konstruktion und Programmierung eines LEGO-Mindstorm-Roboters, der autonom einparken kann. Die Geradeausfahrt wird mit dem Gierratensensor und einem PI-Regler geregelt. Der Abstand zur Wand bzw. die Tiefe der Parklücke wird über den Ultraschallsensor gemessen. Bei einer ausreichend großen Parklücke wird der Parkvorgang gestartet. Programmiert wurde mit Matlab und Simulink.

Zusammenfassung

Zum Ende des Wintersemesters ist es geschafft. Der Roboter "Nr. 27" spielt Fußball. Somit ist das Ziel zur Zufriedenstellung der Teammitglieder erreicht. (Weitere Verbesserungen siehe "Ausblick")
Der Erfolg lag in einer gelungenen Absprache des kompletten Teams. Die Mitglieder haben sich bei Problemen gegenseitig geholfen, Aufgaben abgesprochen und gemeinsam an Lösungen gearbeitet und nach Optimierungsmöglichkeiten gesucht.
So ist ein Roboter entstanden, der ohne menschliches Eingreifen, alleine durch Sensoren, einen Mikrokontroller und eine intelligente Software sogar gegen einen gegenerischen Roboter Fußball spielen und gewinnen kann.

Verwendete Softwaretools

Bricx Command Center 3.3 [1] (für die Programmierung)
Microsoft Office: PowerPoint [2] (zur Erstellung des Werbeplakats)
LEGO Digital Designer [3] (zur Erstellung des Bauplans des Roboters)
Matlab [4] (zur Analyse von Daten aus Sensortests)
NXT 2.0 [5] (zur Programmierung der Software)
EV3 Lobby [6] (zur Programmierung der Software)
TortoiseSVN [7] (Datensicherung und -austausch zwischen den Teammitgliedern)

Unterlagen in TortoiseSVN

Die Unterlagen der Teammitglieder sind für autorisierte Personen unter folgender URL erreichbar [8].

Ausblick

Der Tastsensor zur Hinderniserkennung ist derzeit instabil, da er nicht mechanisch geführt ist. Dies führt dazu, dass dieser beim schrägen Anfahren eines Hindernisses nicht auslöst.
Die Ausrichtung zum Tor ist aufgrund des Kompasssensors nur begrenzt möglich. Der Roboter kann sich lediglich nach einer Himmelsrichtung ausrichten. Befindet er sich am Spielfeldrand, kann er das Tor nicht treffen, obwohl er sich korrekt ausgerichtet hat. Für die Lösung dieses Problems müsste der Roboter noch über eine Positionsinformation verfügen. Alternativ könnte man die Tore verbreitern.

Literaturverzeichnis

→ zurück zum Hauptartikel: RoboSoccer WS 17/18

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-'''Autoren:''' [[Benutzer:Patrick Schumann|Patrick Schumann]], [[Benutzer:Martin Theine|Martin Theine]] und [[Benutzer:Julin-Frederik Horstkoetter|Julin Horstkötter]]
+'''Autoren:''' [[Benutzer:Patrick Schumann|Patrick Schumann]] und [[Benutzer:Julin-Frederik Horstkoetter|Julin Horstkötter]]
-In dem Informatikpraktikum des ersten Semesters im Studiengang Mechatronik ist der Roboter "Nr. 27" konstruiert worden. Dessen Software ist darauf ausgelegt, autonom Fußball zu spielen.<br/><br/>
+In dem Informatikpraktikum des zweiten Semesters im Studiengang Mechatronik ist ein selbstfahrender Roboter konstruiert worden. Dessen Software ist darauf ausgelegt, autonom einzuparken.<br/><br/>
 [[Datei:20180123_171217-min.jpeg|200px|thumb|right|"Nr.27"]]
 == Zielsetzung ==
-"Die Zielsetzung besteht in der Entwicklung und Programmierung eines fußballspielenden Roboters, der in der Lage ist, ein bewegliches Objekt (Ball) auf einem Spielfeld autonom zu identifizieren und schnellstmöglich in das gegnerische Tor zu schießen. <br/>
+"Die Zielsetzung besteht in der Entwicklung und Programmierung eines autonom einparkenden Roboters. Dieser startet zunächst mit einer Geradeausfahrt, die mit einem Gierratensensor und einem PI-Regler geregelt ist. Parallel dazu misst der Roboter den Abstand zur rechten Wand mithilfe eines Ultraschallsensors. Aufgrund der dabei messbaren Abstandsdifferenz kann die Parklücke identifiziert werden. Durch den zusätzlichen Einsatz von Odometrie kann die Länge der Parklücke bestimmt werden. Nur wenn die Parklücke ausreichend groß ist, wird der eigentliche Parkvorgang eingeleitet. Dabei werden die Motoren für den eigentlichen Antrieb und für die Lenkung vollständig autonom angesteuert.<br/>
-Analog zu realen Fußballspielen ist es notwendig, bestehende Hindernisse, wie beispielsweise einen gegnerischen Roboter, zu überwinden."<ref>[http://prezi.com/p913dwm4ykdz/?utm_campaign=share&utm_medium=copy%7C Prof. Schneider: Einleitung 2017, abgerufen am 18. Januar 2018.]</ref>
+Programmiert wird in Matlab bzw. Simulink.
 == Teammitglieder und ihre Aufgaben ==
 * [[Benutzer:Patrick Schumann|Patrick Schumann]] <br/>
 :•	Konstruktion des Fahrzeuges <br/>
-:•	Programmentwicklung mit Matlab und NXC <br/>
+:•	Programmentwicklung mit Matlab und Simulink <br/>
 :•	Entwicklung und Visualisierung des Konzeptplans mit PapDesigner <br/>
 :•	Visualisierung des Fahrzeuges mit LegoDesigner <br/>
 <br/>
-* [[Benutzer:Martin Theine|Martin Theine]] <br/>
+* [[Benutzer:Julin-Frederik Horstkoetter|Julin Horstkötter]] <br/>
 :•	Konstruktion des Fahrzeuges <br/>
-:•	Programmentwicklung mit Matlab und NXC <br/>
+:•	Programmentwicklung mit Matlab und Simulink <br/>
-:•	Entwicklung und Visualisierung des Konzeptplans mit PapDesigner <br/>
-:•	Videoaufnahme und  Bearbeitung <br/>
-<br/>
-* [[Benutzer:Julin-Frederik Horstkoetter|Julin Horstkötter]] <br/>
-:•	Programmentwicklung mit Matlab und NXC <br/>
-:•	Entwicklung und Visualisierung des Konzeptplans mit PapDesigner <br/>
 :•	Verfassen des Wiki-Beitrages <br/>
 :•	Videoaufnahme und  Bearbeitung <br/>
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 |}
-<i>Bemerkung:</i> Der Roboter ist kompakt gebaut und hat eine Einzelradaufhängung. Aus diesen Gründen ist er sehr wendig und kann sogar auf der Stelle drehen. Der Wendekreis beträgt daher 0 mm.
+<i>Bemerkung:</i> Der Roboter ist kompakt gebaut verfügt über ein Differentialgetriebe. Aus diesen Gründen meistert er selbst enge Kurven mühelos. Dadurch kann der Roboter selbst in engen Parklücken mühelos einparken.
 == Sensorik und deren Anwendungsgebiete ==
-* Infrarotsensor: Ballsuche
+* Gierratensensor: Messung der Rotationsgeschwindigkeit um die Hochachse
-* Kompasssensor: Ausrichtung zum Tor
+* Ultraschallsensor: Messung des Abstandes zur Wand bzw. Messung der Tiefe der Parklücke
-* Mechanischer Tastsensor 1: Ballerkennung
+* Odometrie: Messung des zurückgelegten Winkels der Motoren, woraus der Lenkwinkel und die Fahrdistanz berechnet werden können
-* Mechanischer Tastsensor 2: Hinderniserkennung
 == Softwarekonzept als Programm-Ablauf-Plan (PAP) ==
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 Die Software des Roboters teilt sich, wie im PAP ersichtlich, in folgende Unterprogramme auf:
-* Buttonabfrage: Ermöglicht die Eingabe des Zieltors
+* ÄNDERN*************
-* Ballsuche: Auffinden und Fangen des Balls
-* Ausrichtung: Ausrichtung zum Tor und Schuss
-* Warten: Spiel pausieren
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 '''Video-Beschreibung:'''<br />
-''Herausgeber:'' Patrick Schumann, Martin Theine und Julin Horstkötter<br/>
+''Herausgeber:'' Patrick Schumann und Julin Horstkötter<br/>
 ''Hochschule:'' Hochschule Hamm-Lippstadt<br/>
-''Studiengang:'' Mechatronik 1. Semester <br/>
+''Studiengang:'' Mechatronik 2. Semester <br/>
-''Projektkurs:'' Informatikpraktikum I (Gruppe B4)<br/>
+''Projektkurs:'' Informatikpraktikum II (Gruppe B1)<br/>
 ''Betreuer:'' Prof. Dr. Ing.-Schneider<br/>
 ''Musikquelle:'' iMovie<br/>
-''Praktikumsziel:'' Konstruktion und Programmierung eines LEGO-Mindstorm-Roboters, der Fußball spielen kann. Anhand eines Infrarotlicht aussendenden Balls und des Infrarotsensors des Roboters kann dieser den Ball "sehen". Die Ausrichtung erfolgt mittels Kompasssensors. Programmiert wurde in der Programmiersprache NXC, welche C-Basiert ist.
+''Praktikumsziel:'' Konstruktion und Programmierung eines LEGO-Mindstorm-Roboters, der autonom einparken kann. Die Geradeausfahrt wird mit dem Gierratensensor und einem PI-Regler geregelt. Der Abstand zur Wand bzw. die Tiefe der Parklücke wird über den Ultraschallsensor gemessen. Bei einer ausreichend großen Parklücke wird der Parkvorgang gestartet. Programmiert wurde mit Matlab und Simulink.
 == Zusammenfassung ==