Hokuyo Lidar Objekterkennung mit Matlab/Simulink

Sensor: Hokuyo URG-04

Autor: Simon Kohfeld
Betreuer: Prof. Schneider

Einleitung

Abbildung 1: Tehnische Daten des URG-04LX

Der URG-04LX ist ein Laser Sensor zum Scannen seines Umfelds. Dazu Verwendet dieser einen Infrarot-Laser mit einer Wellenlänge von 785 nm derLaser Klasse 1. Der Scanner deckt einen Bereich von 240° bei einem maximalen Radius von 4 m ab. Dabei löst der Sensor ir 0,36 ° auf. Betrieben wird der Sensor mit einer Gleichspannung von 5 Volt und kann über USB oder Sub-D Stecker mit einer Auswerteeinheit verbudnen werden. Angesprochen wird der Sensor über das serielle RS232-Protokoll. Die genannten technischen Daten sind in Abbildung 1 dargestellt.

Der URG-04LX nutzt für die Entfernungsmessung das Verfahren der Phasendifferenz, da damit eine stabile Messung möglich ist, ohne große Einflüsse der Farbe oder der Reflexion eines Objektes. Der Sensor ist nach dem IEC60947-5-2 Standard entwickelt und entspricht demnach dem Standard für industrielle Anwendungen.

Aufgaben

1. Auswahl eines Primärsensors
   1. Wie funktioniert der Sensor?
   2. Welche Rohsignale liefert der Sensor?
2. Signalvorverarbeitung
   1. Sollen Messwerte oder vorverarbeitete Daten übertragen werden?
   2. Wie lässt sich eine Vorverarbeitung umsetzen?
   3. Wird eine Kennlinie eingesetzt? Wenn ja, wie wird diese kalibriert?
3. Analog-Digital-Umsetzer
   1. Wie werden die analogen Signale umgesetzt?
   2. Welcher ADU kommt zum Einsatz?
   3. Welche Gründe sprechen für diesen ADU? Alternativen?
4. Bussystem
   1. Wird ein Bussystem zwischen Sensor und Mikrocontroller eingesetzt?
   2. Wenn ja, wie funktioniert dieses Bussystem?
5. Digitale Signalverarbeitung
   1. Welche Verarbeitungsschritte sind notwendig?
   2. Welche Filter werden angewendet?
   3. Bestimmen Sie Auflösung, Empfindlichkeit und Messunsicherheit des Sensors.
6. Darstellung der Ergebnisse
   1. Welche Fehler treten in welchem Verarbeitungsschritt auf?
   2. Stellen Sie die Messunsicherheit bzw. das Vertrauensintervall dar.

Gegenüberstellung von IPC und SPS

Vorteile SPS	Nachteile SPS	Vorteile IPC	Nachteile IPC
Geringer Wartungsbedarf	Einschränkung bei Erfassung von Betriebsdaten	Erhöhte Platzersparnis	Geringer Lebenszyklus
Hohe Langzeitverfügbarkeit		Erweiterte Fernwartungsmöglichkeiten
		Gute Austauschbarkeit
		Extrem hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit
		Visualisierungsaufgaben direkt an der Maschine möglich
		Komfortable Bedienung
		Big Data Handling
		Hochsprachenprogrammierung möglich

Gegenüberstellung der verschiedenen IPC-Lösungen

Hersteller	Siemens IPC	Beckhoff	ASEM	EXOR	Advantech	Kunbus
Schnittstellen	PROFINET TCP/IP PROFIBUS	EtherCAT PROFINET TCP/IP PROFIBUS ... +23 weitere	EtherCAT Modbus	TCP/IP PROFINET EtherCAT	EtherCAT Modbus PROFINET	EtherCAT PROFINET TCP/IP PROFIBUS ... +8 weitere
Projektierungs-Software	TIA Portal	TwinCAT3	Codesys	Codesys	Codesys	Logi.CAD
Programmierung	Nach Siemens Standard	Nach IEC61131-3	Nach IEC61131-3	Nach IEC61131-3	Nach IEC61131-3	Nach IEC61131-3
Integrierte Sicherheit	Ja	Ja	Nein	Nein	Nein	Nein
Kosten Anschaffung Schulung pro Tag ø	Ab 1670 € 350 €	Ab 495 € 475 €	Ab 609 € 408 €	Ab 540 € 408 €	Ab 750 € 408 €	Ab 178 € 610 €
Besondere Merkmale	Hohe Kompatibilität zum aktuellen OHRMANN Standard	TwinCAT Vision Option	Fernwartungstool inklusive	Cloud-Plattform inklusive	Nein	Hohe Transparenz Zukauf von Display notwendig

Ausblick und Fazit

Fazit

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