Projekt 82: 3D-Schwenkeinheit für einen LiDAR-Lite v3

Garmin LiDAR lite v3

Autoren: Pia Dommen (2160205); Luca Riering (2160261)
Betreuer: Prof. Schneider

→ zurück zur Übersicht: WS 18/19: Fachpraktikum Elektrotechnik (MTR)

Aufgabe

Realisierung einer Schwenkeinheit für den LiDAR-Lite v3 Sensor des Carolo Cup Wagens (Projekt 81) mit Hilfe einer Baugruppe aus 3D-Bauteilen und einem Arduino UNO Mikrocontoller. Es soll eine „3D-Schwenkeinheit für einen LiDAR-Lite v3“ entwickelt und konstruiert werden. Die Tätigkeiten gliedern sich in diesem Projekt wie folgt: -mechanischer Aufbau -elektronischer Anschluss -umsetzung der Messung mit selbst entwickelter Software auf dem Arduino UNO

Erwartungen an die Projektlösung

1. Planung einer stabilen mechanische Konstruktion der 3D-Schwenkeinheit
2. Messung des horizontalen und vertikalen Rotationswinkels auf 1° genau (z.B. Drehgeber)
3. Beschaffung der Materialien
4. Realisierung des Aufbaus und der Elektronik
5. Schnittstelle der 3D-Schwenkeinheit zu Arduino, Matlab und Simulink
6. Inbetriebnahme der Schwenkeinheit
7. Softwareentwicklung nach HSHL Standard in SVN
8. Darstellung der Funktion des LiDARs in einem YouTube Video
9. Test und wissenschaftliche Dokumentation
10. Live Vorführung während der Abschlusspräsentation

Hinweis: Projekt 81 beschäftigt sich mit der Datenauswertung des LiDAR. Sprechen Sie die Schnittstellen frühzeitig ab.

Einleitung

Dieser Wiki Artikel der Studenten Pia Dommen (2160205) und Luca Riering (2160261) behandelt das den Bau einer 3D-Schwenkeinheit für einen LiDAR-Lite v3 (siehe Bild) im Rahmen des GET-Fachpraktikums WS 18/19: Fachpraktikum Elektrotechnik (MTR) aus dem 5. Semester Mechatronik und stellt eine nachhaltige Dokumentation über Vorgehensweise der Bearbeitung des Projektes dar. Für den neuen LiDAR des Carolo Cup Wagens muss eine drehbare Halterung konstruiert und hergestellt werden. Dies beinhaltet die Konstruktion der Halterung, sowie den Zusammenbau der einzelnen 3D gedruckten Bauteile. Wie auch die Ansteuerung des Servo-Motors und des Schrittmotors über den Arduino. Diese Motoren sollen sich in angepasster Geschwindigkeit und Genauigkeit (1° genau) rotieren lassen und über einen Drehgeber überwacht werden. Der Umgang mit diesem Mikrocontroller wurde durch das Praktikum vermittelt. Durch dieses Projekt wurden die erlangten Fähigkeiten vertieft. Der grundlegende Aufbau und die Umsetzung dieses Projektes wird in den nachfolgenden Punkten genauer betrachtet und erklärt, des Weiteren befinden sich alle Inhalte und Dokumente zu diesem Projekt in dem dazugehörigen SVN-Verzeichnis.

Projekt

Anforderungsanalyse

Lasten-/Pflichtenheft

Lasten	Pflichten
1. Planung einer stabilen mechanische Konstruktion der 3D-Schwenkeinheit	Solid Works
2. Messung des horizontalen und vertikalen Rotationswinkels auf 1° genau (z.B. Drehgeber)	1024PPR Industrieencoder, Schrittmotor, Servomotor
3. Beschaffung der Materialien	HSHL, Carolocup-AG
4. Realisierung des Aufbaus und der Elektronik	3D-Druck, Bohren, Kleben
5. Schnittstelle der 3D-Schwenkeinheit zu Arduino, Matlab und Simulink	Arduino, Matlab/Simulink, eigene Bibliothek
6. Inbetriebnahme der Schwenkeinheit	Ardruino, Matlab/Simulink, eigene Bibliothek
7. Softwareentwicklung nach HSHL Standard in SVN	Tortiose SVN
8. Darstellung der Funktion des LiDARs in einem YouTube Video	Windows Movie Maker
9. Test und wissenschaftliche Dokumentation	Zettel, Stift und Word
10. Live Vorführung während der Abschlusspräsentation	Plakate, Fyler etc.

Um den ersten Einblick über die Erwartungen zu bekommen die dieses Projekt zu erfüllen hat, wurde ein Lasten- und Pflichtenheft verwendet. Auf der Seite der Pflichten sind hier die verwendeten Ressourcen niedergeschrieben worden. Mit diesem Lasten- und Pflichtenheft kann nun zur Projektplanung übergegangen werden.

Projektplan

Gantt-Diagramm

Der erste Schritt um dieses Projekt zu strukturieren war, einen Projektplan zu erstellen. Hierfür wurde eine Gantt-Chart (Bild oben) erstellt. Durch ein Gantt-Chart kann gut die Abhängigkeit der Vorgänger und Nachfolger visualisiert werden. Der Umgang mit dieser Form der Projektplanung wurde im 3. Semester des Mechatronik-Studium im Modul Steuerungskompetenzen erlernt. Für die Erstellung dieses Planes wurde zunächst die grobe Einteilung des Wasserfall-Modelles genutzt. Hier wird in die Planung, die Definition, der Entwurf, die Implementierung, das Testen und den Einsatz/Wartung eingeteilt. Um das Projekt mit den einzelnen Bearbeitungsstufen weiter einzuteilen, wurden zunächst alle anfallenden Aufgaben niedergeschrieben und dann in die richtigen Phasen unterteilt. Die zeitliche Abfolge wurde dann durch Erfahrungswerte aus der Praxis geschätzt. Auch wurde hierbei auf den im Modulhandbuch vorgeschriebenen Workload geachtet.

Projektdurchführung

• Mechanisch

Bauteile aus dem 3D-Druck

• Elektrisch

EMS22A - Non-Contacting Absolute Encoder (Datenblatt)

• Programmierung

// Erster Versuch den Werte aus dem absoluten Encoder auszulesen:
// 19.11.2018
// Pia Dommen und Luca Riering

const int CS = 5;
const int CLOCK = 9;
const int DATA = 6;

void setup() {
 Serial.begin(9600);
 pinMode(CS, OUTPUT);
 pinMode(CLOCK, OUTPUT);
 pinMode(DATA, INPUT);
 digitalWrite(CLOCK, HIGH);
 digitalWrite(CS, LOW);
}

void loop() {
 digitalWrite(CS, HIGH);
 digitalWrite(CS, LOW);
 int position = 0; // from 0 .. 1023
 for (int i=0; i<10; i++) {
   digitalWrite(CLOCK, LOW);
   digitalWrite(CLOCK, HIGH);
   
   byte b = digitalRead(DATA) == HIGH ? 1 : 0;
   position += b * pow(2, 10-(i+1));
 }
 for (int i=0; i<6; i++) {
   digitalWrite(CLOCK, LOW);
   digitalWrite(CLOCK, HIGH);
 }
 digitalWrite(CLOCK, LOW);
 digitalWrite(CLOCK, HIGH);
 Serial.println(position);
}

Zusammenfassung

Lessons Learned

Screenshots der Bauteile in Solidworks

Weblinks

• LIDAR-Lite v3 - 3D-Scan
• Projekt 81: Inbetriebnahme und Objekttracking des LiDAR-Lite_v3

Literatur

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