SDE Systementwicklung SoSe26: Bildbasierte Spurführung für autonomes Fahren

Abb. 1: Ergebnis der Spurerkennung des AlphaBots

Abb. 2: Ergebnisdarstellung der AlphaBot Fahrt

Autoren:
Dozent:	Prof. Dr.-Ing. Schneider
Modul	Mechatronik, Systementwicklung (Wahlpflichtprofil „Systems Design Engineering“), Sommersemester
Modulbezeichnung:	MTR-B-2-6.11
Modulverantwortung:	Ulrich Schneider
Lehrveranstaltung:	Praktikum Systementwurf
Sprint 1:	Bildbasierte Spurführung für autonomes Fahren
Zeit:	Mittwoch, 08:15 - 10:30 Uhr, Selbstlernzeit: TBD
Ort:	Labor L3.3-E01-180 (Autonome Systeme)

Einleitung

Die Fahrbahn wurde vollständig vermessen und liegt als digitale Karte vor (vgl. Abb. 1, 2). Die Position des Prismas kann während der Fahrt gemessen und in die Referenzkarte eingezeichnet werden. Aufgabe dieses Sprints einen Autonomen Mobilen Roboter (AMR) via Kamera und Spurerkennung in der rechten Fahrspur geregelt zu fahren, diese Fahrt zu vermessen und in die Karte zu übertragen.

Tabelle 1: Anforderung an die Spurverfolgung mit Kamera

Req.	Beschreibung	Priorität
1	Ein AMR muss autonom mittig in der rechten Fahrspur fahren.	1
2	Als Referenzmessystem kommt die Topcon Robotic Total Station zum Einsatz.	1
3	Der AMR muss die Fahrbahndaten via Kamera (Pixy2.1) auswerten, um der Fahrspur zu folgen.	1
4	Die Referenzwerte müssen mit MATLAB® aufgezeichnet werden (x, y, $\mathrm{\Psi }$).	1
5	Messfehler müssen geeignet gefiltert werden.	1
6	Die zweidimensionale digitale Karte mit der Roboterpose während der Fahrt 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 in diesem Wiki-Artikel dokumentiert werden.	1
9	Als AMR muss ein AlphaBot eingesetzt werden.	1
10	Als Software für die Regelung muss MATLAB®/Simulink eingesetzt werden.	1
11	Die Gierrate muss gemessen, gefiltert und verwendet werden, um die Surregelung geeignet zu stützen.	1
12	Der Regler muss für eine Fahrt bis zur Maximalgeschwindigkeit ausgelegt werden.	1

Tabelle 2: Arbeitspakete für Sprint 2

AP	Beschreibung	Req.	Zuständigkeit
1.1	Spurerkennung mit der Pixy2.1	3, 5, 9
1.2	Messung und Verarbeitung der Gierrate	5, 11
1.3	Längeregelung	1
1.4	Querregelung	1
1.5	Messung der Roboterposition mittels Topcon Robotic Total Station	2, 4, 5
1.6	Schätzung der Roboterpose [x,y,$\mathrm{\Psi }$]	1
1.7	Einzeichnen der Messwerte in die digitale Karte und Speicherung der Karte als Rundkurs.mat	6
1.8	Überarbeitung/Verbesserung des Artikels Referenzmessung mit der Topcon Robotic Total Station	8

Vorbereitung

Wichtig für die Spurverfolgung mit Kamera sind die Lichtverhältnisse. Für die geregelte Fahrt mit dem AlphaBot ist es notwendig die Lichtverhältnisse wie in den Abbildungen 4 und 5 dargestellt zu gewährleisten. Die oberen beiden Lichttaster müssen betätigt sein und die innenliegenden Rolläden müssen unten sein.

• 
  Abb. 4: Lichtschalter
• 
  Abb. 5: Innenliegende Rolläden

Planung (Plan)

Ziel-Zustand

Der AlphaBot soll autonom in der rechten Fahrbahn fahren, indem die Außenlinie durch die Linienerkennung der Pixy 2.1 erkannt und darauf geregelt wird. Parallel dazu soll die Position des AlphaBot mit der Topcon-Station gemessen, gefiltert, gespeichert und in den Rundkurs eingezeichnet werden.

Test und Dokumentation (Check)

Systemtest gegen die Anforderungen

Tabelle 3: Systemtest gegen die Anforderungen

Req.	Beschreibung	Testergebnis	Erfüllt
1	Ein AMR muss autonom mittig in der rechten Fahrspur fahren.
2	Als Referenzmessystem kommt die Topcon Robotic Total Station zum Einsatz.
3	Der AMR muss die Fahrbahndaten via Kamera (Pixy2.1) auswerten, um der Fahrspur zu folgen.
4	Die Referenzwerte müssen mit MATLAB® aufgezeichnet werden (x, y, $\mathrm{\Psi }$).
5	Messfehler müssen geeignet gefiltert werden.
6	Die zweidimensionale digitale Karte mit der Roboterpose während der Fahrt muss als MATLAB®-Datei (.mat) bereitgestellt werden.
7	Das Vorgehen muss am KANBAN-Board geplant und verfolgt werden.
8	Lösungsweg und Lösung muss in diesem Wiki-Artikel dokumentiert werden.
9	Als AMR muss ein AlphaBot eingesetzt werden.
10	Als Software für die Regelung muss MATLAB®/Simulink eingesetzt werden.
11	Die Gierrate muss gemessen, gefiltert und verwendet werden, um die Surregelung geeignet zu stützen.
12	Der Regler muss für eine Fahrt bis zur Maximalgeschwindigkeit ausgelegt werden.

Anhang

Bereitgestellte Module

Tabelle 3: Übersicht der Modultests

#	Modul	Testverfahren	Verantwortung	Testbericht	Testergebnis
1	starteAlphaBotMapping.m	MATLAB®-Modultest	Jan Steffens	Testbericht	✓
2	leseReferenzpunkte.m	MATLAB®-Modultest	Jan Steffens	Testbericht	✓
3	KosTrafoTzuWelt.m	MATLAB®-Modultest	Jan Steffens	Testbericht	✓
4	empfangePrismaPosition.m	MATLAB®-Modultest	Jan Steffens	Testbericht	✓
5	KalmanFilter.m	MATLAB®-Modultest	Jan Steffens	Testbericht	✓
6	SpurRegelungAlphaBot.slx → Subsystem Wertevergleich	Simulink Test	Lukas Berkemeier	Testbericht	✓
7	SpurRegelungAlphaBot.slx → Subsystem PID-Regler	Simulink Test	Lukas Berkemeier	Testbericht	✓

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