Lokalisierung und Kartografierung eines mobilen Lego Mindstorms Roboters: Unterschied zwischen den Versionen

Version vom 23. Juli 2018, 14:12 Uhr

Betreuer: Prof. Schneider
Art: SDE Praktikum Systementwur und -implementierung

Thema

Autonome mobile Roboter müssen sich für beispielsweise Rettungseinsätze in unbekanntem Terrain zurecht finden. Hierzu müssen Sie sich eine Karte erstellen und sich in dieser Karte zurecht finden.

Ziel

Nutzen Sie einen EV3-Roboter, damit dieser den Ausgang aus einem Labyrinth findet.

Umfang

Die Praktika habe laut Modulhandbuch folgenden Umfang

Systementwurf Workload: 108h (45h Präsenz + 63h Selbststudium)
Systemintegration Workload: 150h (60h Präsenz + 90h Selbststudium)

Aufgabenstellung

Systementwurf

Aufstellung der Anforderungen
Einarbeitung in die Programmierung des Lego Mindstorms EV3 Roboters mit Matlab/Simulink
1. Ansteuerung des Roboters
2. Auslesen der Umfeld- und Egosensoren
Gestalten Sie verschiedene Labyrinthe (einfach bis schwer).
Inbetriebnahme LiDAR am EV3
1. Anbindung LiDAR an Simulink
2. Objektbildung
3. Tracking
Kartografierung und Visualisierung des Roboterumfeldes
1. Kartografierung mit XV11 Lidar bzw. RPLidar
2. Umsetzung eines LiDAR-SLAM

Systemintegration

Lokalisierung des Roboters in der Karte
1. Einsatz von Deckenkamera und Horuko-Marker
2. Bestimmung der Güte der Referenz
Auffinden des Ausgangs aus einem Labyrinth anhand von Gütekriterien (z.B. Dauer, Weglänge, Energieverbrauch)
Optimierung des Algorithmus anhand der Gütekriterien
Test der Anforderungen entsprechend der Methoden der Vorlesung Reliability Engineering (statische und dynamische Code-Tests, Modul- und Systemtests)
Testdokumentation
Dokumentation nach wissenschaftlichem Stand

Erwartete Funktionen des Roboters

Verbindung mit dem EV3 herstellen: Stellen Sie eine Verbindung des EV3 mit Matlab her.
Fahren: Steuern Sie die den Roboter so an, dass er in eine gewünschte Richtung eine gewünschte Strecke fahren kann.
Messung: Erfassen Sie die Umgebung des Roboters mit einem Sensor und Tragen Sie die Messwerte in einer selbstlarnenden Karten ein.
Kartografierung: Bauen sie sukzessiv eine digitale Karte der Roboterumgebung auf.
Lokalisierung: Nutzen Sie die Koppelnavigation aus der differentiellen Odometrie um den Roboter zu lokalisieren. Rekalibrieren Sie diese anhand der selbstlernenden Karte (z.B. über Scan-Matching).
Ausgang: Finden Sie mit dem Pledge-Algorithmus den Kürzesten Weg aus dem Labyrinth.
Gütekriterien: Entwickeln Sie Gütekrieterien, um die Lösung zu bewerten. Dieses könnten sein:
- Gefahrene Strecken
- Anzahl Messungen
- Zeit
- Energieverbrauch

Anforderung

Wissenschaftliche Vorgehensweise (Requirements, Projektplan, etc.)
Wöchentliche Fortschrittsberichte
Regelmeeting
Projektvorstellung im Wiki
ggf. Literaturrecherche mit Citavi

Getting Started

Nutzen Sie als ersten Ansatz den Pledge-Algorithmus, um aus dem Labyrinth zu finden.
Nutzen Sie die Matlab Academy, um sich in Matlab Simulink einzuarbeiten.
Sie benötigen Matlab R2018a.
Simulink Toolbox oder RWTH Aachen Toolbox

Weblinks

Siehe auch

→ zurück zum Hauptartikel: Studentische Arbeiten

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-<!-- '''Autor:''' Sebastian Barutta<br/> -->
+<!-- '''Autor:''' Christian Sievers<br/> -->
 '''Betreuer:''' [[Benutzer:Ulrich_Schneider| Prof. Schneider]]<br/>
-'''Art:''' PA, BA, MA, Praxissemester <!-- Projektarbeit -->
+'''Art:''' SDE Praktikum Systementwur und -implementierung <!-- Projektarbeit -->
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 == Ziel ==
-Nutzen Sie den bereits aufgebauten EV3-Roboter, damit dieser den Ausgang aus einem Labyrinth findet.
+Nutzen Sie einen EV3-Roboter, damit dieser den Ausgang aus einem Labyrinth findet.
+== Umfang ==
+Die Praktika habe laut Modulhandbuch folgenden Umfang
+* Systementwurf Workload: 108h (45h Präsenz + 63h Selbststudium)
+* Systemintegration Workload: 150h (60h Präsenz + 90h Selbststudium)
 == Aufgabenstellung ==
+Systementwurf
+# Aufstellung der Anforderungen
 # Einarbeitung in die Programmierung des Lego Mindstorms EV3 Roboters mit Matlab/Simulink
 ##Ansteuerung des Roboters
 ##Auslesen der Umfeld- und Egosensoren
 # Gestalten Sie verschiedene Labyrinthe (einfach bis schwer).
+# Inbetriebnahme LiDAR am EV3
+## Anbindung LiDAR an Simulink
+## Objektbildung
+## Tracking
 # Kartografierung und Visualisierung des Roboterumfeldes
+## Kartografierung mit XV11 Lidar bzw. RPLidar
+## Umsetzung eines LiDAR-SLAM
+Systemintegration
 # Lokalisierung des Roboters in der Karte
+## Einsatz von Deckenkamera und Horuko-Marker
+## Bestimmung der Güte der Referenz
 # Auffinden des Ausgangs aus einem Labyrinth anhand von Gütekriterien (z.B. Dauer, Weglänge, Energieverbrauch)
 # Optimierung des Algorithmus anhand der Gütekriterien
+# Test der Anforderungen entsprechend der Methoden der Vorlesung Reliability Engineering (statische und dynamische Code-Tests, Modul- und Systemtests)
+# Testdokumentation
 # Dokumentation nach wissenschaftlichem Stand
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 == Anforderung ==
-* Wissenschaftliche Vorgehensweise (Projektplan, etc.)
+* Wissenschaftliche Vorgehensweise (Requirements, Projektplan, etc.)
 * Wöchentliche Fortschrittsberichte
+* Regelmeeting
 * Projektvorstellung im Wiki
 * ggf. Literaturrecherche mit Citavi
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 * Nutzen Sie als ersten Ansatz den [https://de.wikipedia.org/wiki/L%C3%B6sungsalgorithmen_f%C3%BCr_Irrg%C3%A4rten Pledge-Algorithmus], um aus dem Labyrinth zu finden.
 * Nutzen Sie die [https://matlabacademy.mathworks.com/ Matlab Academy], um sich in Matlab Simulink einzuarbeiten.
-* Sie benötigen Matlab R2016b oder R2017a.
+* Sie benötigen Matlab R2018a.
+* Simulink Toolbox oder [https://git.rwth-aachen.de/mindstorms/ev3-toolbox-matlab/ RWTH Aachen Toolbox]
 == Weblinks ==
+* https://www.ev3dev.org/docs/tutorials/using-xv11-lidar/
 * http://www.expli.de/anleitung/bauanleitung-hamster-labyrinth-selber-bauen-2504/
 * https://www.youtube.com/watch?v=YTNw3izMivc