SDE Systementwicklung WS25/26: Geregelte autonome Fahrt

Abb. 1: Autonome Fahrbahnvermessung im Labor Autonome Systeme

Abb. 2: Rundkurs mit Solllinie (rote Mittellinie)

Autoren:	Jan Steffens & Lukas Berkemeier
Dozent:	Prof. Dr.-Ing. Schneider
Modul	Mechatronik, Systementwicklung (Wahlpflichtprofil „Systems Design Engineering“), Wintersemester
Modulbezeichnung:	MTR-B-2-7.09
Modulverantwortung:	Ulrich Schneider
Lehrveranstaltung:	Praktikum Systementwicklung
Sprint 1:	Geregelte autonome Fahrt
Zeit:	Dienstag, 10:00 - 12:15 Uhr, Selbstlernzeit: TBD
Ort:	Labor L3.3-E01-180 (Autonome Systeme)

Einleitung

Im Praktikum Systementwurf im SoSe25 wurde die Fahrbahn vermessen und als digitale Karte gespeichert (vgl. Abb. 1, 2). Die Position des Prismas kann während der Fahrt gemessen und in die Referenzkarte eingezeichnet werden. Aufgabe dieses Sprints ist es auf der Mittelspur geregelt zu fahren, diese zu vermessen und in die Karte zu übertragen. Zu Sprint 2 wurde die Bluetooth-Kommunikation mit dem AlphaBot realisiert und getestet.

Die Ergebnisse der PDCA-Phase 4 (Fehlerbehebung) ist hier dokumentiert und in Sprint 1 zu berücksichtigen.

Verwenden Sie die Eingangsdaten im Ordner:

https://svn.hshl.de/svn/MTR_SDE_Praktikum/trunk/Daten/Rundkurs_L33_E01_210

Im Welt-KOS (W-KOS) hat Punkt A die Position $A_W=[1,83;0;0]m$ (vgl. Abb. 2).

Tabelle 1: Eingangsdaten

Datei	Datentyp	Beschreibung
MittelLinie_W.mat	2x632 double	Positionen der Mittellinie
LinkeFahrspur_W.mat	2x632 double	Positionen der linken Fahrspur
RechteFahrspur_W.mat	2x632 double	Positionen der rechten Fahrspur

Tabelle 1: Anforderung an die geregelte autonome Fahrt

Req.	Beschreibung	Priorität
1	Ein AlphaBot muss die Mittellinien der Fahrbahn autonom verfolgen.	1
2	Als Referenzmessystem kommt die Topcon Robotic Total Station zum Einsatz.	1
3	Der AlphaBot muss zur Positionsregelung die Referenzdaten verwenden und als Stützung für die Linienverfolgung nutzten.	1
4	Die Messwerte Pose (x, y, Kurs) und Farbe müssen mit MATLAB® aufgezeichnet werden.	1
5	Fehler in den Messwerten müssen bereinigt werden.	1
6	Die zweidimensionale digitalen Karte mit gemessener Mittellinie muss als MATLAB®-Datei (.mat) bereitgestellt werden.	1
7	Das Vorgehen muss am KANBAN-Board geplant und verfolgt werden.	1
8	Lösungsweg und Lösung muss im Wiki für nachfolgende Studierende verständlich dokumentiert werden.	1
9	Nach Erstellen der digitalen Karte muss die Fahrt des AlphaBot in der Karte eingezeichnet werden.	1
10	Als Vorbereitung des nächsten Sprints muss eine Kamerahaltung für die Pixy2.1 für den AlphaBot geplant, designed, gedruckt, getestet und dokumentiert werden.	1

Tabelle 2: Arbeitspakete für Sprint 1

AP	Beschreibung	Priorität	Zuständigkeit
1.1	Positionsmessung des AlpaBot $[x,y]$	1	Steffens
1.2	Schätzung der Roboterpose $\mathrm{\Psi }$	1	Steffens
1.3	Berechnung der Ist-Ablage des Prismas zur Sollinie	1	Steffens
1.4	Übertragung der Ist-Ablage via BT MATLAB→Arduino (Senden und Empfang)	1	Steffens
1.5	Geregelte Fahrt anhand der Ist-Ablage	1	Berkemeier
1.6	Messung der Mittellinie (Position x, Position y, Farbe) mit dem Linienverfolgungssensor	1	Berkemeier
1.7	Berechnung der Mittellinienposition (x, y) anhand der Messwerte des Linienverfolgungssensors	1	Berkemeier
1.8	Übertragung der Messung der Mittellinie (x, y, Farbe) via BT Arduino→MATLAB (Senden und Empfang)	1	Berkemeier
1.9	Einzeichnen der Messwerte in die digitale Karte und Speicherung der Karte als Rundkurs.mat	1	Steffens
1.10	Bereinigung von Fehlern in der Karte	1	Steffens
1.11	Geregelte Fahrt in der rechten Fahrspur anhand der Prismamessung und Kartendaten	1	Berkemeier
1.12	Kamerahaltung für die Pixy2.1	1	Steffens
1.13	Inbetriebnahme AlphaBot Linienverfolger für durchgezogene Linie und Stützung während des Ausfalls der Linie.	2	Berkemeier
1.14	Überarbeitung/Verbesserung des Artikels Referenzmessung_mit_der_Topcon_Robotic_Total_Station	2	Berkemeier

Planung (Plan)

Ziel-Zustand

Die Ziele des Sprint 1 sind es, die reale Mittelinie mithilfe der geregelten Fahrt auf der Mittellinie und den IR-Sensoren am AlphaBot zu erfassen, den AlphaBot dann geregelt in der rechten Fahrspur fahren zu lassen und eine Kamerahaltung für die Pixy2.1 Kamera zu entwerfen.

Die Fahrt auf der Mittellinie erfolgt dabei auf der Mittellinie, die in unseren erfassten Karte eingezeichnet wurde. Die reale Mittellinie soll dann in die Karte eingetragen werden. Um auf den Linien geregelt zu fahren soll die Ist-Ablage berechnet und genutzt werden.

Test und Dokumentation (Check)

Systemtest gegen die Anforderungen

Tabelle 3: Systemtest gegen die Anforderungen

Req.	Beschreibung	Priorität	Zustand	Link auf das Ergebnis
1	Ein AlphaBot muss die Mittellinien der Fahrbahn autonom verfolgen.	1	x
2	Als Referenzmessystem kommt die Topcon Robotic Total Station zum Einsatz.	1	✓	trackePrismaSendeAlphaBot_mit_Aenderungen.m
3	Der AlphaBot muss entweder konstant die Referenzdaten verwenden oder diese als Stützung für die Ausfälle der Linienverfolgung nutzten.	1	✓	trackePrismaSendeAlphaBot_mit_Aenderungen.m
4	Die Referenzwerte müssen mit MATLAB® aufgezeichnet werden (x, y, Farbe).	1	x
5	Fehler in den Messwerten müssen bereinigt werden.	1	x
6	Die zweidimensionale digitalen Karte muss als MATLAB®-Datei (.mat) bereitgestellt werden.	1	x
7	Das Vorgehen muss am KANBAN-Board geplant werden.	1	✓
8	Lösungsweg und Lösung muss im Wiki dokumentiert werden.	1	✓
9	Nach Erstellen der digitalen Karte muss die Fahrt des AlphaBot in der Karte eingezeichnet werden.	1	x
10	Als Vorbereitung für den Sprint 3 muss eine Kamerahaltung für die Pixy2 geplant, designed, gedruckt und getestet werden.	1	x	Die Anforderungen an die Halterung wurden nicht erfüllt Kamerasensor Pixy 2.1

Fehlerbehebung (Act)

Tabelle 4: Optimierungsansätze für das WS 25/26

Ergebnis	Optimierung

Anhang

Arbeitsergebnisse im SVN-Ordner:

https://svn.hshl.de/svn/MTR_SDE_Praktikum/trunk/_Semesterordner/WS2025/Sprint_1/

Tabelle 6: Bereitgestellte Demos und Daten

#	Datei	Bemerkung
1	[https://svn.hshl.de/svn/MTR_SDE_Praktikum/trunk/Daten/Rundkurs_L33_E01_210/MittelLinie_W.mat /MittelLinie_W.mat MittelLinie_W.mat] || Array mit Mittellinie für AP 1.2
2	RechteFahrspur_W.mat	Array mit Sollinie in der Mitte der rechten Fahrspur für AP 1.9
3	RechteFahrspur_W.mat	Array mit Sollinie in der Mitte der rechten Fahrspur für AP 1.9
4	berechneEntfernungPunktGerade.m	Berechnung der Ist-Ablage des Prismas zur Sollinie (AP 1.2)
5	Demo_Char2Float.ino	C-Demo für die Umwandlung eines Char in Float
6	DemoSendeFloatSerial.ino	C-Demo versendet Fließkommazahl via Serial IO.
7	empfangeBluetoothFloat.m	MATLAB®-Demo für den Empfang einer Fließkommazahl via Bluetooth
8	DemoSoftwareSerial.ino	C-Demo für bidirektionale Bluetooth Kommunikation
9	BluetoothIO.m	MATLAB®-Demo für bidirektionale Bluetooth Kommunikation

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