RoboSoccer Gruppe A3 - WS 18/19

Autoren: Florian Leben Robin Grimm und Thomas Datche

Dozent: Prof. Dr. U. Schneider

Werbeposter

Einleitung

Ein wesentlicher Bestandteil des Informatik Moduls bestand aus dem Informatikpraktikum 1, in welchem wir ausgehend von einer konkreten Problemfeldbeschreibung, aus einem Lego NXT Bausatz einen Roboter konstruieren und programmieren mussten. Um die gestellte Aufgabenstellung selbständig zu erfüllen, mussten die Auswahl der Sensoren, Aktoren und deren Programmierung durch sinvolles Zeit-/ und Projektmanagement geprägt sein.

Jeder Roboter wurde in 2-3er Gruppen von Studenten entwickelt, mit dem Ziel ein RoboSoccer Turnier zu gewinnen, welches am letzten Praktikumstermin stattgefunden hat.

• Regelwerk
• RoboSoccer-Turnier

Gruppenmitglieder und ihre Aufgaben

Florian Leben

• Konstruktion des Roboters
• Entwicklung der Spielstrategie mithilfe des PAP-Designers
• Umsetzung der Spielstrategie in Quellcode
• Entwurf des Werbeplakats
• Nachbildung des Roboters im Lego Digital Designer
• Erstellung des Videos

Robin Grimm

• Konstruktion des Roboters
• Entwicklung der Spielstrategie mithilfe des PAP-Designers
• Umsetzung der Spielstrategie in Quellcode
• Verfassen des HSHL-Wiki-Artikels
• Optimierung

Thomas Datche

• Konstruktion des Roboters
• Optimierung

Robos Maximus

Image Film

Video zu Robos Maximus

Design

• 

  Übersetzung der Fangvorrichtung

• 

  Lego Designer

• 

  Der Brick

Software

• Bricxcc (Programmierung ab dem dritten Praktikumstermin)

• LEGO MINDSTORMS EV3 (Programmierung bis zum dritten Praktikumstermin)

• LEGO MINDSTORMS NXT 2.0-Software (Programmierung bis zum dritten Praktikumstermin)

• HiTechnic Add-Ons (Erweiterungen für HiTechnic Produkte in NXT 2.0)

• LEGO Digital Designer(Erstellung der Bauanleitung)

• PAP Designer (Erstellung des Programmablaufplans nach DIN 66001)

Hardware

Bauanleitung

• Bauanleitung Lego Digital Designer (Anleitung als PDF im SVN)

Sensoren

• Infrarotsensor

Infrarot Sensor

Für die Erkennung des Balles, der ein Infrarotsignal aussendet, wurde der Infrarot- Detektor von HiTechnic verbaut. Dieser Sensor ist in der Lage Infrarotsignale über fünf Detektoren in einem Winkel von 135° aufzunehmen und zeigt im welchen Bereich seines FOV (field of view) von 0 bis 9 sich der Ball befindet. Mit dem Modulierten Modus (AC Mode) kann moduliertes Infrarotlicht erkannt werden, dies sind künstlich erzeugte Infrarotsignale, z.B. auch Fernbedienungen und unter anderem auch der IR Ball aussendet.

Empfangsbereiche des IR Seekers

• Tastsensor

Tastsensor

Der Tastsensor ist der einfachste NXT Baustein, denn dieser reagiert nur auf Druck und kann somit nur zwei Werte zurückliefern, 0 (nicht gedrückt) oder 1 (gedrückt). Der Taster wird mit einer Feder geöffnet. Maximus verwendet zwei dieser Tastsensoren, um zu überprüfen ob der Ball gefangen wurde und um bei Kolision mit einem Hindernis eine Rückwärtsfahrt zu initiieren

• Kompasssensor

Kompasssensor

Der digitale Kompasssensor von HiTechnic ist in der Lage das Erdmagnetfeld zu vermessen und somit kann eine genaue Positionsbestimmung und Navigation durchgeführt werden. Demnach entsprechen 0° Nord, 90° Ost, 180° Süd und 270° West. Auf dem Roboter kann man sich dabei die Werte von 0°- 359° ausgegeben lassen, für eine genaue Messung muss der Roboter sich langsam drehen. Dabei ist aber auch zu beachten, dass der Sensor nicht durch andere externe Magnetfelder beeinflusst wird, da dies zu Fehlermessungen führen kann. Aufgrund dessen sollte der Kompasssensor zur Navigierung eine Entfernung von ungefähr 15cm zu den Motoren haben.

Aktoren

• Motoren

Antriebsmotor

Die Motoren, die bei Lego Mindstorms verbaut werden, sind Servomotoren. Außerdem sind sie mit einem Drehsensor ausgestattet, der eine Genauigkeit von 1° hat und somit sich die Motoren sehr präzise anfahren lassen. Es werden drei Motoren bei dem NXT- Roboter verbaut, zwei Fahrmotoren und ein Motor für den Schuss- bzw. Fangarm.

Spielstrategie

Programmablaufplan

• 

  PAP Hauptprogramm

• 

  Unterprogramm Ballsuche

• 

  Unterprogramm Ausrichtung

Quellcode

• Tasks
• 

  Ballsuche

• 

  Ausrichtung Torschuss

• 

  Task Main

Zusammenfassung

Lernziele

Das Praktikum ermöglicht dem studierenden spielerisch und praxisorientiert einen ersten Einblick in die Programmiersprache C, am Bespiel des Lego Mindstorms NXT. Zunächst wurde jedoch in unterschiedlichen Softwareanwedungen das grafische programmieren trainiert. Ziel jedes Praktikumstermins war es, durch das Zusammenspiel von Planung, Konstruktion und Umsetzung der Mechanischen, sowie programmiertechnischen Aufgaben am Ende ein funktionales Programm auf dem Roboter präsentieren zu können.

Zusammenfassend hat man die Grundlagen grafischer Programmierung erlernt und das Wissen anschließend in der Programmiersprache NXC (not quite C) vertieft. Zusätzlich wurde der Umgang mit der Versionsverwaltungssoftware SVN erlernt, welche das arbeiten im Team unterstützt hat. Die abschließende Ergebnispräsentation und -demonstration dient der sach- und inhaltsgerechten Darstellung der entwickelten Lösung. Zusätzlich stärkt eine solche Aufgabenstellung die Kommunikation im Team und die Selbstkompetenz, Aufgaben zu lösen, die vorher auf das Team aufgeteilt wurden.

Ausblick

Verbesserungsmöglichkeiten:

• Odometrietracking, um zu verhindern das der Roboter parallel zur Spielfeldausrichtung am Tor vorbei schießt.
• Verbesserte Kollisionsabfrage, um Kolissionen von nicht ebenen Oberflächen genauer zu erkennen.
• Tracking der Umdrehungszahl der Ballfangautomatik, um ein festhaken am Spielfeldrand zu verhindern.

Literaturverzeichnis

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