ASF Gruppe A5

ASF-Roboter_BIK A5 [1]

Im Rahmen des Informatik II Praktikums der Studienrichtung Mechatronik, 2. Semster des Sommersemesters 2014 an der Hochschule Hamm-Lippstadt bestand die Aufgabe, ein autonom fahrendes Fahrzeug auf Grundlage von Lego Mindstorms und der Programmiersprache BricxCC zu konstruieren.

Die Betreuung des Praktikums wurde von Prof. Dr.-Ing. Ulrich Schneider übernommen.

Praktikumsziele und Projektvorgaben

Unter der Vorgabe eine möglichst detailgetreue Nachbildung eines Automobils zu konstruieren, sind die Ziele des Praktikums das praktische Arbeiten und Anwenden der Informatik sowie der Erwerb von Grundkenntnissen in der Bildverarbeitung und Regelungstechnik. Zudem werden Erfahrungen in NXC als auch Matlab vertieft. Darüber hinaus soll das Praktikum das Lösen und Koordinieren von komplexen Aufgaben im Team schulen.

Als Vorgabe hierfür dient ein LEGO Mindstorms-Set zur Konstruktion des Fahrzeuges, bestehend aus einer programmierbaren Steuereinheit, maximal drei Aktuatoren und einer NXT-Kamera v4. Da sich der Fahrzeugaufbau an der Realität orientieren soll, ist vorgegeben, dass das Fahrzeug über eine angetriebene als auch eine lenkende Achse verfügt. Des Weiteren sind der Achsabstand gleich 2 sowie das Spurweitenverhältnis gleich 1 und der maximale Radeinschlagswinkel gleich 40° zu setzen.

Hardwareseitiger Lösungsansatz

Differentialgetriebe [2]

Lenkung [3]

Die Lenkung des Fahrzeugs erfolgt über die Vorderachse, der Antrieb über die Hinterachse. Zur besseren Wendigkeit ist ein Differentialgetriebe mit einer Übersetzung von i = 1.5 integriert. Die NXT-Kamera v4 ist zudem über dem rechten Rad des Fahrzeuges zur bestmöglichen Spurerkennung montiert.

Darüber hinaus ist die Kamera so angebracht, dass sie sich mit den Rädern bei der Lenkung drehen kann und so immer parallel zum aktuellen Radeinschlag steht.

Nebenstehend ist die Realisierung des Differentialgetriebes und des Antriebs [2] sowie der Lenkung inklusive Anbringung der Kamera [3] mit Hilfe von LEGO Digital Designer visualisiert.

Des Weiteren ist das Fahrzeug über ein Zahnradgetriebe stufenlos in seiner Länge um bis zu 60 mm auf eine Maximallänge von 340 mm erweiterbar, um einen erforderlichen Achsabstand einzuhalten.

Ferner wurde der NXT Intelligent Brick so an der Fahrzeugkonstruktion angebracht, dass eine optimale Erreichbarkeit für den Benutzer gewährtleistet ist und das Display auch während der Fahrt bestmöglich eingesehen werden kann [1].

Die Fahrzeugkennwerte sind zudem nachfolgender Tabelle zu entnehmen.

Fahrzeugparameter

Parameter	Wert
Fahrzeuglänge	280 - 340 mm
Fahrzeugbreite	172 mm
Spurweite vorne	142 mm
Spurweite hinten	146 mm
Achsabstand	193 - 253 mm
Max. Radeinschlagswinkel Links	40°
Max. Radeinschlagswinkel Rechts	40°

Konzept

Konzept der Fahrzeugsteuerung ist es mit Hilfe der NXT-Kamera v4 einer Fahrbahnbegrenzung zu folgen. Dazu werden nach dem Starten in einer Schleife die Daten der Kamera eingelesen und ausgewertet sowie mögliche Störsignale herausgefiltert und die Daten verifiziert. Anschließend wird auf dieser Grundlage die Lenkung geregelt, welche einen Einfluss auf die Längsregelung besitzt. Umso größer der aktuelle Radeinschlagswinkel ist, umso kleiner ist die Leistung des Antriebs.

Softwareseitiger Lösungsansatz

...

Projektteam

• Raphael Blessau

• Marcus Irmer

• Robin Kirsch

Weblinks

• BricxCC
• BricxCC NXC debugging
• MathWorks - MATLAB
• RWTH - Mindstorms NXT Toolbox for MATLAB
• LEGO Digital Designer
• LEGO Mindstorms
• Differentialgetriebe
• Autonome RC-Car Spurführung
• Hochschule Hamm-Lippstadt

Literaturnachweise

Benedettelli, D.: 2007, Programmierung LEGO NXT Roboter mit NXC

Debacher, U.: 2010, NXC. URL: Debacher ( 10. Mai 2014 )

Feedback zum Artikel

--Ulrich Schneider (Diskussion) 14:30, 19. Jun. 2014 (CEST)

• Inhaltlich noch im Entstehen :-)

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