AMR: Aufbau und Weiterentwicklung eines Autonomen Mobilen Roboters

Aus HSHL Mechatronik
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Autor: Niklas Heiber
Art: Praxissemester
Modul: ITD-B-2-4.01
Dauer: 13.03.2023 - 03.07.2023
Wöchentliche Arbeitszeit: 39,83 h
Betreuer: Prof. Schneider
Prüfungsform: Modulabschlussprüfung als Hausarbeit (Praxisbericht, Umfang 20 Seiten) und mündliche Prüfungsleistung (Präsentation, 15 Minuten)
Mitarbeiter: Marc Ebmeyer, Tel. 847

Zielsetzung

Der Studierenden sollen Praxiserfahrungen im Bereich Robotik und Autonome Systeme sammeln und dabei aktiv an der Weiterentwicklung, am Aufbau und der Optimierung unserer Labore und Projekte mitwirken. Der Studierende soll das im Studium erworbene Wissen in der beruflichen Praxis anwenden.

Aufgabenstellung

  1. Einarbeitung in die Entwicklungsumgebung WeBots/ROS2
  2. Inbetriebnahme des AMR
  3. Einbindung des Bumper-Sensors
  4. Webmeeting mit Hanning
  5. Micro-Ros auf Embedded System

Arbeitsweise/Tätigkeitsbeschreibung

Der Studierenden sollen sich im Rahmen des Praxissemesters mit der Entwicklung und dem Aufbau von autonomen mobilen Robotern (AMR) beschäftigen. Dazu zählen Aufgaben aus den Bereichen:

  • Projektmanagement
  • Dokumentation
  • Forschung und Entwicklung
  • Mechanische Konstruktion und Aufbau des mobilen Roboters
  • Auswahl passender Sensoren und Aktoren
  • Elektrische Konstruktion, Aufbau und Verdrahtung des mobilen Roboters
  • Entwicklung der Schnittstelle zwischen Hardware und Software
  • Ansteuerung über das Robot Operating System (ROS 2)
  • Programmierung und Entwicklung der Software für die autonome Navigation
  • Simulation und Visualisierung des mobilen Roboters
  • Instandhaltung und Organisation der Labore

Getting Started

Als Einstieg sind folgende Artikel zu Empfehlen:

Raspberry Pi

Alphabot Ubuntu Server 22.04:

  Username: pi

  Password: Hshl2023

Um die Lichtschranken (Photo Interrupter Sensor) des Alphabots nutzen zu können, muss raspi-config auf dem RPi installiert werden.
Mit sudo raspi-config die einstellungen ändern und SPI deaktivieren.

  sudo raspi-config

Interface Options -> SPI -> <no>

FTF Ubuntu Server 22.04:

  Username: ftf

  Password: Hshl2023

RPLidar

RPLidar kann über das Ros2 Paket rplidar_ros2 gestartet werden. Das Paket publiziert die Lidar-Daten standardmäßig unter dem Topic /scan. Dies kann entweder im Paket selbst oder mit Hilfe von launch parameters geändert werden. Bei einer Neuinstallation von Ubuntu muss das Lidar zunächst angeschlossen und dann der Port mit sudo chmod 666 /dev/ttyUSB0 freigegeben werden (je nachdem, welcher Port dem Lidar zugewiesen wurde, kann sich dies ändern).

RPLindar A1

  • Winkelbereich 360°
  • Reichweite von 12m
  • Messgenauigkeit 1%
  • Scanfrequenz 5.5Hz

RPLidar A2M8

  • Winkelbereich 360°
  • Reichweite von 12m
  • Messgenauigkeit 1%
  • Scanfrequenz 5 - 10Hz

Genutzte Ros2 Pakete

SLAM-Toolbox ist ein SLAM Paket das mit Hilfe von Odometrie-Daten und Lidar-Daten eine Umgebungskarte erstellt und die Position des Roboters darauf zeigt.

Nav2 wird mit SLAM-Toolbox oder ähnlichen SLAM Paketen genutzt, um den Roboter durch die generierte Umgebungskarte zu Navigieren.

Bumper-Sensor

Der Bumper-Sensor wird mit Hilfe eines Spannungsteilers an den Raspberry Pi 4b angeschlossen und mit 3.3V betrieben.

Abb. 1: Schaltplan
Abb. 2: Steckplatine















Allgemeine Anforderungen

Projektplan

Abb. 3: Projektplan
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