Praktikum SDE

Abb. 1: Das Autonome Fahrzeug

Das Praktikum SDE findet jedes Jahr im Studiengang Mechatronik / Schwerpunkt System Design Engineering (SDE) / 6.-7. Semester statt.
Es soll die Kenntnisse und Erfahrungen im Umgang Autonomen Mobilen Robotern (AMR) vertiefen und ausbauen. Zu diesem Zweck wird ein Fahrzeug entwickelt, welches sich an den Anforderungen und Bedingungen des CaroloCups orientiert. Hierbei handelt es sich um einen Wettbewerb, indem studentische Teams mit autonom fahrenden Modellfahrzeugen Parcoure und Einparksituationen meistern müssen.

Einleitung

Wie bereist erwähnt soll dieses Praktikum einen tiefergehenden Einblick in die Abläufe eines Projektes bieten. Hierbei soll es vor allem um die Verfestigung der Lehrinhalte des Semesters durch praktisches Umsetzung gehen. Aus diesem Grund wurde der Carolo-Cup als Leitfaden gewählt, welcher sich durch das gesamte Praktikum zieht.
Beim Carolo-Cup geht es um die Entwicklung eines autonomen Fahrzeuges im Maßstab 1:10, welches durch Sensorik eine Fahrspur erkennen kann und diese auch verfolgt. Der Wettbewerb selbst unterteilt sich in 3 Bereiche Rundkurs ohne Hindernisse, Rundkurs mit Hindernissen und Einparken.

Die Teams

In dieser Rubrik sollen die jeweiligen Teams pro Studienjahr, welche sich mit dem Autonomen Fahrzeug beschäftigt haben, kurz vorgestellt werden. Ziel dieser Dokumentation ist es, dass spätere Teams sich schneller an die jeweiligen Experten wenden können, falls diese Fragen oder Probleme mit ihrer Aufgabe haben. Eine genaue Aufgabenverteilung und die Teammitglieder befinden sich hinter dem jeweiligen Link:

• SDE-Team 2012/13

• SDE-Team 2013/14

• SDE-Team 2016/17

• SDE-Team 2018/19

Allgemeines

Dieser Abschnitt beschäftigt sich mit den allgemeinen Anforderungen an das Fahrzeug, sowohl Software- als auch Hardwareseitig. Gleichfalls werden hier auch sämtliche Schnittstellen zwischen der Hardware und Software beschrieben und erklärt.

Anforderungen

Die Anforderungen welche an das Fahrzeug gestellt werden, können in diesem Abschnitt leichter aufgeschlüsselt nachgelesen werden. Grundlage hierfür ist das Regelwerk des Carolo Cups.

Link zum Regelwerk

Fahrzeughardware

Im Bereich der Fahrzeughardware geht es um die grundlegenden Merkmale des Fahrzeuges, vom Chassie bis zum Infrarotsensor wird hier alles aufgelistet und die genaue Positionierung erläutert. Genauso finden sich hier Anleitungen zur Bedienung des Fahrzeuges wieder.

Fahrzeugsoftware

Neben der Hardware gibt es noch den Bereich Software. In diesem werden sämtliche Abläufe und Strukturen erläutert. Genauso kann man hier die einzelnen Funktionsparameter nachlesen und weitere Informationen über die Funktionen erlangen.

Kommunikation

Um für einen reibungslosen Ablauf der Hard- und Software zu garantieren, benötigt es eine gute Kommunikation. Die Details zur Art und Weise der Kommunikation wird in diesem Abschnitt detailiert erklärt.

Die Kommunikation zwischen dSPACE-1104-Karte und PC über den RS232-BUS (COM-Schnittstelle am PC) wird im Artikel Kommunikation_zwischen_PC_und_dSpace-Karte_via_RS232 erläutert.

Schnittstellendokumentation

Im SVN ist der aktuelle Stand der Schnittstelle zwischen dSPACE-1104-Karte und PC dokumentiert.

→ SVN: Schnittstellendokumentation

Projekte

Im folgenden Abschnitt werden die einzelnen Teilprojekte des Praktikums SDE näher erläutert. Die Teilprojekte werden in Kleingruppen erledigt. Ziel ist die Simulation der späteren Berufswelt, indem die Studenten das Arbeiten als Projektteam lernen. Hierbei geht es neben den fachlichen Komponenten auch um das Erlenen der Kommunikationsmittel innerhalb eines Teams und die Wichtigkeit der effektiven Kommunikation.

Module

Im folgenden Abschnitt werden die 5 Hauptbereiche aufgeführt. Hinter den jeweiligen Links lassen sich detaillierte Anleitungen finden, wie die Module funktionieren und welche Logik dahinter steckt.

BSF - Bahn- und Spurführung

enthält auch Dokumentation zum Thema Autonome Längs- und Querregelung, zu einem Artikel zusammengeführt auf Wunsch von Hr. Prof. Dr. Göbel

Spezialthemen

Dieser Abschnitt beschäftigt sich mit den Spezialthemen, welche zum gelingen des Fahrzeuges benötigt werden. Sie lassen sich jedoch keinem Modul zuordnen und werden daher hier aufgelistet. Teilweise gibt es Überschneidungen mit Modulen, jedoch sind diese Themen nicht unbedingt dem Modul zuordbar.

Kalman-Filter

Kalman-Filter zur Bestimmung von Position und Geschwindigkeit
Kalman-Filter zur Bestimmung der Geschwindigkeit aus den LIDAR-Daten

How to

In diesem Abschnitt sollen Tutorials und "How to"-Anleitungen eingetragen werden. Sinn und Zweck ist es, späteren Kommilitonen den Einstieg und das Arbeiten am und mit dem Fahrzeug zu erleichtern. Die Hilfestellungen sind jeweils danach sortiert, ob sie am Fahrzeug (Hardware) oder mit der Software zu tun haben. Gerne dürfen weitere Tutorials hier im entsprechenden Themengebiet eingefügt werden.

Arbeiten mit den Projektdaten

Software Versionsverwaltung mit SVN

SVN Ablagestruktur

Arbeiten am Fahrzeug

Thema	Zusammenfassung
An- und Ausschalten des Fahrzeuges:	Erklärt, wie man das Fahrzeug in Betrieb nimmt und welche Schritte nötig sind, um das Fahrzeug wieder ausschalten zu können..
Fahrzeug aufladen:	Anleitung zum Laden der Fahrzeug Akkus
Verbindung zum Fahrzeug über UltraVNC:	Anleitung zur Verbindung des Fahrzeugs mit einem PC über UltraVNC

Arbeiten an der Software

Software	Thema	Zusammenfassung
Matlab	Starten der Online-Simulation:	Erklärt, wie man die Online-Simulation am PC und auf dem Fahrzeug starten kann und auf was man dabei achten sollte.
	Starten der Offline-Simulation:	Erklärt, wie man die Offline-Simulation startet und welche Besonderheiten diese aufweist.
	Updaten von Bibliotheken:	Wie updatet man die Bibliotheken für die Modelle korrekt und was haben die einzelnen Stati zu bedeuten.
	Ändern von Bibliotheken:	Was muss ich tun, wenn ich eine Änderung an der Software machen möchte? Wie kann ich die Änderung so umsetzen, dass das Modell weiterhin korrekt funktioniert?
	Signal hinzufügen:	Was muss ich tun, wenn ich neuen Parameter in der Software anlegen möchte? Wie kann ich diesen auf den Bus geben, sodass das diesen in ControlDesk wiederfinde?
	Tutorial - Bussysteme in Matlab:	Wie bearbeite ich die Bussysteme des autonomen Fahrzeugs in MatLab
	Fehlermeldungen:	Lösungswege für potentiell wiederkehrende Fehlermeldungen
ControlDesk	Aktualisieren der Variablen:	Erklärt, wie man die aktuelle Variablendefinition aus MatLab in ControlDesk lädt, um diese anschließend zu benutzen.
	Durchführen von Messungen und Messungen mit dSPACE ControlDesk:	Was muss ich tun, wenn ich eine Messung durchgeführt möchte?
	Exportieren von Messungen:	Was muss ich tun, wenn ich eine Messung durchgeführt habe und diese mit MatLab auswerten möchte?
Subversion	MTR SDE Praktikum SVN Struktur:	Wo finde ich was im SVN?
	Software Versionsverwaltung mit SVN:	Anleitung für die Verwendung von SVN

Weiterführende Literatur

1. Hardware

   Literatur zu Themen wie: Wie steuer ich einen Servo-Motor an? Wie realisiere ich ein Bussystem?

2. Logik

   Literatur zu Themen wie: Wie erkenn ich eine Spur? Algorithmen zur Objekterkennung etc.

3. Sonstiges

   Literatur zu Themen die nicht unter Hardware oder Logik fallen.

Weiterführende Links

• Tipps zum Schreiben eines Wiki-Artikels
• Beispiel-Artikel von Prof. Göbel
• Beispiel-Artikel von Prof. Schneider
• Camera Calibration Toolbox