Lidar Objekterkennung mit Matlab/Simulink und EV3

Autor: Nora Werner

Betreuer: Prof. Dr.-Ing. Ulrich Schneider

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Lidar

Ein Lidar (Abkürzung für engl. light detection and ranging) ist ein Verfahren bzw. ein Gerät zur Ortung von Objekten. Basis hierfür bilde die Messung der reflektierten oder zurückgestreuten Intensität eines gepulsten Laserstrahls in Abhängigkeit der Zeit nach dessen Aussendung.

Hokuyo URG-04LX-UG01

Der URG-04LX ist ein Laserscanner für Flächen. Die Lichtquelle des Sensors ist ein Infrarotlaser mit 785 nm (Laserklasse 1). Der Scanbereich ist ein 240° Halbkreis mit einem maximalen Radius von 4.000 mm. Der Abtastwinkel zwischen zwei Werten beträgt 0,36°. Insgesamt beträgt die Auflösung auf den Scanbereich 683 Schritte. Der Durchmesser des Lasers ist bei einer Entfernung von 2.000 mm höchstens 20 mm, die maximale Abweichung beträgt 40 mm bei 4.000 mm. Grundlage für die Distanzmessung bildet die Messung der Phasenverschiebung. Dadurch wird der Einfluss von Farbe und Reflexionsgrad des detektierten Objekts minimal gehalten.

Implementierung in Matlab

Matlab-Treiber für das URG-04LX Lidar

Quelle des Treibers: MATLAB Driver for Hokuyo URG family

Mithilfe von Funktionen des Treibers kann eine serielle Verbindung über USB mit dem Lidar aufgebaut werden. Hierfür muss der richtige COM-Port in das Skript run.m eingetragen und anschließend ausgeführt werden. Am Ende der Initialisierung wird die Funktion main_GUI.m aufgerufen, woraufhin sich ein GUI mit einem Koordinatensystem öffnet. Über den Startbutton kann der Scanvorgang gestartet werden. Das GUI führt kontinuierlich die Funktion LidarScan.m aus, die wiederum die empfangenden Daten mit der Funktion decodeSCIP.m dekodiert.

Quellcode zur Nutzung des Lidar zusammen mit dem EV3

% Lego Mindstorm konfigurieren

    mylego = legoev3('usb')         % Verbindung auf USB festlegen
    beep(mylego)                    % kurzes akustisches Signal
    mymotor = motor(mylego,'A')     % Motor an Port A des EV3
    mymotor.Speed = -50              % Motorgeschwindigkeit auf 50% des Maximums

    
% Code für die Kollisionserkennung des Lego EV3 mit einem URG-Lidar

    abstand=A(384)      % Abfrage der Distanz zu einem Hindernis bei 0°
    %disp(abstand)
    
    if abstand <= 250   % Vergleich mit Abstandsgrenze zum Objekt (in mm)
        stop(mymotor)   % Motor stoppen
    else 
        start(mymotor)  % Motor starten
    end

% Verbindung zum EV3 beenden, wenn das GUI beendet wird.

     stop(mymotor)   % Motor stoppen
     clear mylego

Verwendete Support Packages für Matlab

• MATLAB Driver for Hokuyu URG family
• Simulink (and Matlab) Support Package for LEGO MINDSTORMS EV3 Hardware