Schlauer Roboter mit Arduino

Autoren: Ibrahim El-Jaber Nsangou Pekariekouo, Franck Bakofa Njanpouop

Gruppe: 2.3

→ zurück zur Übersicht: WS 20/21: Fachpraktikum Elektrotechnik (MTR)

Einleitung

Im Rahmen des GET-Fachpraktikums sollen Studenten ein Mechatronisches Projekt erstellen und durchführen. Wir haben uns dafür entschieden, ein Hindernis vermeidenden Roboter zu bauen und mit Hilfe von Arduino programmiert werden. Ziel unseres Projekts ist es einen Roboter zu bauen, der eine schwarze oder weiße Linie verfolgen und gleichzeitig Hindernisse auf seinen Weg, wenn es gibt, vermeiden kann.

Anforderungen

Um den Erfolg unseres Projekts zu gewährleisten, müssen die unter genannte Anforderungen erfüllen werden:

Mini Auto Design mit 4 Reifen und 4 Getriebemotoren.
System mit einem Schalter ein-/ausschalten.
Der Roboter soll mit Hilfe Infrarot-Liniensensor entlang einer Linie fahren können.
Der Roboter soll in der Lage sein, Hindernisse mit Hilfe Ultraschalsensoren zu erkennen.
Der Roboter soll Hindernisse auf seinen Weg ausweichen können.
Anzeige der Status auf einem integrierten Display (I2C LCD).

Funktionaler Systementwurf/Technischer Systementwurf

Der IR-Sensor besteht aus einer Infrarot LED und einem nebeneinander angeordneten Fototransistor.Die LED wirkt wie ein Sender und der Fototransistor wie ein Empfänger. Die Infrarot-LED sendet Infrarotlicht aus, d.h. Licht, das eine längere Wellenlänge (oder niedrigere Frequenz) hat und für das menschliche Auge unsichtbar ist. Trifft dieses Licht auf eine weiße Fläche, wird es reflektiert und prallt auf den Fototransistor,dann leuchtet eine LED. Trifft es dagegen auf eine schwarze Oberfläche, absorbiert das Material den größten Teil des Lichts und erreicht nicht den Fototransistor.Wir haben diese besondere Eigenschaft der IR-Sensor benutzt,damit unserer Roboter eine "schwarze/weiße" Linie folgen kann.

Damit unser Roboter die schwarze Linie folgt, haben wir einen 3-Kanal Line-tracking Infrarotsensor verwendet. Mit 3 Kanäle hat man 2^3 = 8 mögliche Zustände. Wenn der erste Kanal auf Schwarze Linie und die beide andere auf weiße Linie, dann liefert der Sensor '1' für die schwarze Linie und '0' für die weiße Linie, so bekommt man für dieses Beispiel ein Binärzahl von 100 und ergibt 4 in Dezimalzahl. Also die Arbeitsprinzipien sind wie folgende:

- Der Sensor erkennt die schwarze/ weiße Linie oder nicht und gib das Ergebnis als Binärzahl.

- Mithilfe eine Funktion wird diese Binärzahl in Dezimalzahl umgewandelt.

- Eine Variable "Sensorwert" bekommt die Dezimahlzahl und eine der acht Aktion wird ausgeführt.

Die Ultraschallsensoren als Abstandssensoren sind in der Lage, Objekte berührungslos zu erkennen und ihre Entfernung zum Sensor zu messen.Der Sensorkopf sendet dabei eine Ultraschallwelle aus und empfängt die vom Ziel reflektierte Welle. Ultraschallsensoren messen die Entfernung zum Ziel durch Messen der Zeit zwischen Aussendung und Empfang. Die Zeit, die das Echo benötigt, um den Sensor zu erreichen, wird bestimmt und wird zur Berechnung des Abstands verwendet, da die Schallgeschwindigkeit in Luft eine bekannte Konstante ist (343 m/s).
Die linke Abbildung erläutert die Vorgehensweisen,um Hindernisse auszuweichen.

Arbeitsprinzipien sind wie folgende:
- Der Ultraschallsensor misst den Mittenabstand "Entfernung[1]". Wenn er kleiner gleich einen vorgegebenen Abstand ist,Der Roboter stoppt.
- Mithile eines Servomoteurs dreht sich den Ultraschallsensor nach links und recht und misst dabei den rechten (Entfernung[2]) und linken Abstand (Entfernung[0]).
- Zum Schluss werden die Abstände verglichen.

Komponentenspezifikation

Umsetzung (HW/SW)

Komponententest

Ergebnis

Zusammenfassung

Lessons Learned

Projektunterlagen

Projektplan

Projektdurchführung

YouTube Video

Weblinks

Literatur