RoboSoccer Gruppe A1 - WS 17/18
Im Modul Informatik 1 des Studiengangs Mechatronik ist ein Informatikpraktikum vorgesehen. Im Praktikum wurden Gruppen von bis zu 3 Personen eingeteilt, die sich gemeinsam mit dem Thema RoboSoccer beschäftigt haben. Die Aufgabe bestand darin, einen Roboter mithilfe von Lego Mindstorms zu konstruieren, welcher in der Lage ist, Fussball spielen zu können.
Team und Aufgabenverteilung
Jonas Wrede: Programmierung, Dokumentation, Lego Digital Designer
Dominic Mähling: Programmierung, Konstruktion des Fahrzeugs, Lego Digital Designer
Kevin Hustedt: Programmierung, Dokumentation, Konstruktion des Fahrzeugs
Hardware
Als erstes musste ein Fahrzeug mit den Bauteilen von Lego Mindstorms konstruiert werden, um auf dem kleinen Spielfeld optimal spielen zu können. Die Konstruktion sollte möglichst klein und wendig werden. Zum Steuern des Roboters und finden des Balls werden verschiedene Sensoren benutzt:
Infrarotsensor
Der Infrarotsensor registriert die Infrarotquellen in einem Winkel von 135°. Dabei sind die 135° in 9 Teilbereiche eingeteilt, die jeweils die Stärke des Infrarotsignals angeben. Befindet sich in einem Bereich kein Infrarotsignal wird der Wert 0 zurückgegeben. Bei dem Roboter wird der Infrarotsensor für das auffinden des Balls genutzt. Er ist in der Fangvorrichtung und auf Höhe des Balls montiert.
Touchsensor
Der Tastsensor sitzt bei diesem Roboter in der Fangvorrichtung für den Ball. Dieser soll registrieren ob der Ball gefangen wurde und steuert damit den Programmablauf.
Kompasssensor
Der Kompasssensor liefert Richtungsinformationen in elektronischer Form. Dabei Orientiert sich dieser am Erdmagnetfeld. Der von uns genutzte Kompasssensor von der Firma HiTechnic-Sensors hat eine Winkelauslösung von 0° bis 359°. Im Programm wird diese Information genutzt, um den Ball ins Richtige Tor zu schießen, also sich auf dem Spielfeld zu orientieren.
Aktuatoren
Bei diesem Roboter werden drei Elektromotoren genutzt. Zwei für den Antrieb der Räder sowie einen weiteren für die Fangvorrichtung. Bei den Motoren handelt es sich um LEGO-Servomotoren, die einen Elektromotor sowie einen Rotationssensor integriert haben. Die Servomotoren können mit verschiedenen Geschwindigkeiten betrieben werden sowie mithilfe des Sensors genau ausgerichtet werden.
Das Herzstück des Roboters ist der NXT-Baustein mit Display. Hier sind alle Sensoren und Motoren angeschlossen. Auf dem NXT werden die Programme geladen und ausgeführt.
Fahrzeugparameter
| Parameter | Wert |
|---|---|
| Länge in mm | 310 |
| Breite in mm | 148 |
| Höhe in mm | 247 |
| Spurweite in mm | 125 |
| Breite Fangvorichtung in mm | 70 |
| Breite Fangarm in mm | 56 |
Software
Umsetzung des Roboters
Geradeausfahren und Lücke suchen
Der Ultraschallsensor und der Gyrosensor werden vor Beginn der Fahrt kalibriert. Die Kalibrierungswerte wurden experimentell ermittelt und in die Kalibrierungswerte im Simulink-Baustein der Sensoren eingetragen. Beim Start der Fahrt steht das Fahrzeug parallel auf der Fahrbahn. Um eine ungewollte Querabweichung zu vermeiden wird anhand der Werte des Gyrosensors eine Regelung gewährleistet um bei einer Abweichung entsprechend gegenlenken zu können. Während der geregelten Geradeausfahrt misst der Ultraschallsensor den Abstand zu Hindernissen an der rechten Seite. Wenn der Abstand ausreichend ist wird zusätzlich die Länge der Lücke mithilfe des Motordrehgebers gemessen. Ist die Lücke zu klein fährt das Fahrzeug weiter geradeaus und wiederholt die Vorgänge bis eine passende Lücke gefunden wird. Wird eine passende Lücke gefunden muss das Fahrzeug noch ein Stück weiter geradeausfahren, da der Ultraschallsensor nicht ganz hinten am Fahrzeugverbaut ist, und anschließend werden die Motoren gestoppt und der Einparkvorgang beginnt.
Einparken
Bei Beginn des Einparkvorgangs werden die Räder um 40° nach rechts eingeschlagen und das Fahrzeug fährt rückwärts, bis das Fahrzeug in einem Winkel von 40° steht. Sobald das Fahrzeug in dem Winkel von 40° steht werden die Räder um 40° nach links eingeschlagen und das Fahrzeug fährt weiterhin rückwärts, bis das Fahrzeug geradesteht. Wenn das Fahrzeug geradesteht, fährt es ein Stück geradeaus um sich mittig in der Parklücke zu positionieren. Danach werden alle Motoren gestoppt und das Fahrzeug hat den Einparkvorgang beenedet.