Applikationen für einen autonomen Roboterarm (FTW-Arm)

Applikationen für einen autonomen Roboterarm (FTW-Arm)

Diplomand: Sven Güttschow (März 2006)

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Aufgabe der Diplomarbeit war es verschiedene Applikationen für einen Roboterarm zu schreiben. Der Roboterarm sollte selbstständig Objekte an bestimmten Punkten auf einer Plattform aufnehmen können, deren Farbe erkennen und je nach Farbe an bestimmten Punkten wieder ablegen können. Der Arm wurde auf einer Plattform angebracht welche von der Größe her ungefähr seinem Bewegungsradius entspricht. Zusätzlich sollte auch noch eine Winkelbestimmung an den Gelenken des Armes durchgeführt werden. Um diese Funktionen realisieren zu können wurden verschiedene Sensoren benötigt. Zum erkennen ob ein Objekt auf dem Aufnahme- / Ablagepunkt liegt wurden einfache Lichtschranken mit LDR- Widerständen hergenommen. Diese Signalisieren über ein Low- / Highsignal das Vorhandensein oder nicht Vorhandensein eines Objektes auf den Aufnahme- / Ablagepunkten. Die Farberkennung wurde mittels eines Farbsensors realisiert, dieser bestimmt über Filter die jeweiligen Rot, Grün und Blauanteile einer Farbe. Aus der Kombination dieser drei Farben lassen sich alle anderen Farben eindeutig bestimmen. Die jeweiligen Farbwertanteile mussten dabei experimentell bestimmt werden. Das Programm dafür wurde so geschrieben das die Farben Blau, Grün und Gelb erkannt werden und zugeordnet werden, alle anderen Farben werden nicht erkannt und die Objekte werden vom Arm weggeworfen. Bei einem richtig zugeordneten Teil wird zusätzlich noch eine Box geöffnet. Die Winkelbestimmung wurde mit Hilfe von zwei unterschiedlichen Winkelsensoren realisiert. Zum einem mit einem präzisen Potentiometer und zum anderen mit Hilfe eines Hall-Winkelsensors . Bei dem Potentiometer wird die Drehachse des Potentiometers mit der des Armes mechanisch verbunden und die Ausgangsspannung wird an einen A/D - Wandler angeschlossen. Die Winkelbestimmung erfolgte dann über die Werte der Ausgangsspannung welche auch experimentell ermittelt werden mussten. Der Hall-Winkelsensor funktioniert mit Hilfe eines Dauermagneten und vier Hall-Sensoren im Chip selbst. Mit Hilfe der Hall-Sensoren wird eine Drehung des Magneten die eine Änderung des Magnetfeldes zur Folge hat gemessen. Der Chip kann in verschiedenen Betriebsarten genutzt werden, dabei verarbeitet jede Betriebsart die Änderung des Magnetfeldes auf eine andere Art und Weise und stellt verschiedene Ausgangssignale zur Verfügung. In dieser Arbeit wurden aber lediglich die wichtigsten und sinnvollsten Betriebsarten untersucht. Die Servos selbst wurden durch einen 21 Kanal Servocontroller angesteuert und programmiert. Der Servocontroller selbst musste über eine IIC - Bus programmiert werden. Die Programmierung erfolgte in der Hochsprache C mit Hilfe der Softwareentwicklungsumgebung des Herstellers Keil.

Weiterführende Arbeiten

Als nächstes sollte die Winkelbestimmung mit Hilfe der Hall-Winkelsensoren weitergeführt werden. Hier wäre eine Applikation sinnvoll die den Greifarm immer in einer waagerechten Position hält unabhängig davon wie sich die restlichen Segmente des Arms bewegen. Ziel könnte dabei sein ein Gefäß mit einer Flüssigkeit aufzunehmen und zu bewegen ohne das dabei etwas verschüttet wird. Des weiteren könnte man den Arm mobil machen in dem man ihn auf einem Trägerfahrzeug montiert, z.B. auf dem Kettenfahrzeug oder dem 4WD. Denkbar ist auch eine Erweiterung der Sensorik, man könnte den Arm mit Ultraschall - Sensoren versehen und ihn damit seine Umgebung erkunden zu lassen damit er Objekte überall aufnehmen kann und nicht nur an bestimmten Punkten.

Sven Güttschow, März 2006