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.[1]
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. [2]
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_EV3.m aufgerufen,
die den kontinuierlich auszuführende Programmcode enthält. In jedem Zyklus der main wir die Funktion LidarScan.m aufgerufen, die für das Empfangen der Daten vom Lidar verantwortlich ist. Die Funktion selbst nutzt die Funktion decodeSCIP.m, um die Daten zu dekodieren. Die dekodierten Daten werden in einem Array gespeichert, aus dem anschließend die Abstandswerte in 0,35°-Intervallschritten gelesen werden können.
Dekodierung des SCIP-Protokolls
Quellcode zur Nutzung des Lidar zusammen mit dem EV3
%........................................................................%
% Erweiterter Code zur Kollisionserkennung eines Lego EV3 mit einem %
% URG-Lidar %
% %
% Das Lidar hat eine Winkelauflösung von 1024 Abstufungen auf 360°. Der %
% Abstand wird von Schritt 44 bis 725 gemessen (-120° bis 120°). Dafür %
% dieses Projekt lediglich der Abstand zu einem Hindernis direkt vor %
% dem Lidar entscheidend ist, wird der Abstand nur für 0° bzw. Schritt %
% 384 benötigt. %
% %
% Autor der Erweiterungen 'Scan_EV3.m': Nora Werner %
%........................................................................%
function main_EV3
global A lidar
%........................................................................%
%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
while (1)
[A]=LidarScan(lidar);
abstand=A(384) % Abfrage der Distanz zu einem Hindernis bei 0°
if abstand > 250 % Vergleich mit Abstandsgrenze zum Objekt (in mm)
start(mymotor) % Motor starten
else
stop(mymotor) % Motor stoppen
end
%........................................................................%
% Code zur Erkennung des Tastendrucks in der Mitte des EV3 zum Beenden des
% Programms
button = readButton(mylego,'center');
if button == 1
% Motoren stoppen und Verbindung zum EV3 beenden
beep(mylego)
stop(mymotor) % Motor stoppen
clear mylego
% Lidar ausschalten und serielle Verbindung zum Lidar trennen
fprintf(lidar,'QT');
fclose(lidar);
close all;
end
end
end
Verwendete Support Packages für Matlab
- MATLAB Driver for Hokuyu URG family
- Simulink (and Matlab) Support Package for LEGO MINDSTORMS EV3 Hardware