Weiterentwicklung einer Roboterplattform

Weiterentwicklung einer Roboterplattform (2WD)

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Aufgabenstellung:

Die Aufgabenstellung der Diplomarbeit war die Weiterentwicklung einer Roboterplattform. Die Ausgangslage war ein Roboter in Form eines zweiradgetriebenen Fahrzeugs, das sich bei gegebener Zielentfernung und –Richtung autonom im Raum (Innenbereich, glatter Untergrund) bewegen konnte und dabei auftretenden Hindernissen auswich.

Die Schwerpunkte dieser Diplomarbeit waren zum Einen die Durchführbarkeit einer Steuerung des Fahrzeuges mittels eines Notebooks über die serielle Schnittstelle in der Praxis zu untersuchen und zum Zweiten, unter Verwendung dieser Erweiterung, die Realisierbarkeit einer GPS-Anbindung bzw. Navigation im Freien zu erforschen. Diesbezüglich war es unumgänglich sich auch mit der allgemeinen Weiterentwicklung  der Plattform besonders auf das Verhalten im Freien, der Fehler-, Störungs- und Problemerkennung sowie deren Behebungsmöglichkeiten zu beschäftigen.

 

Durchführung:

Der mechanische Aufbau des Fahrzeugs wurde mit dem Versionsstand FTW-2WD 1-2 zur Weiterentwicklung übernommen und auf den Stand FTW-2WD 1-3 erweitert.

Zunächst wurde das neue Herzstück der Plattform – ein IBM-Thinkpad A20p mit Intel Pentium III-Prozessor - integriert. Als Auflage dient eine Monitorhalterung, die dreh- sowie kippbar auf einem Querbrett im hinteren Teil des Fahrzeuges befestigt wurde, um den Laptop von beiden Seiten erreichen zu können. Als gemeinsame Schnittstelle zwischen dem Notebook und dem Mikrocontroller wurde die EIA-232-Schnittstelle verwendet, die im Sprachgebrauch auch als RS-232-Schnittstelle bekannt ist. Der Datenaustausch wird über ein speziell für diese Plattform entwickeltes Kommunikationsprotokoll abgewickelt, das in der Testversion mit einem Softwarehandshake zur Fehleranalyse arbeitet. Um eine hohe Übertragungsgeschwindigkeit zu erreichen, wurde keine allgemeine Datenübertragung zum Austausch von beliebigen Zeichenketten implementiert. Stattdessen wurden die Anweisungen für den Roboter in Byte-Worte codiert, um unnötige Umwandlungszeit der Sendeworte zu sparen. Weiterhin besitzen die Datenblöcke eine variable Länge, um bei einfachen Steuerbefehlen nicht ständig Overhead versenden zu müssen. Die Kommunikation wird vom Modul „Transducer“ durchgeführt, das auf dem Laptop sowie auf dem Mikrocontroller eingebunden sein muss. Über dieses Modul werden – unter Zuhilfenahme der Windows-API-Funktionen – die Steuerworte vom Notebook gesendet und vom Mikrocontroller wieder empfangen. Somit wird der gesamte Protokollablauf vom Modul Transducer durchgeführt und kontrolliert, was eine Steuerung des Fahrzeuges durch das Notebook für den Anwender auf die Verwendung der gegebenen Übertragungsfunktionen vereinfacht.

Die für den Laptop umgeschriebene GPS-Empfangs-Routine kann zwar die grobe Zielrichtung für den Roboter bestimmen, aber im Gegensatz zu Navigationssystemen im Kfz-Bereich kann die aktuelle Position des Fahrzeuges (noch) nicht auf die Wege der Universität zurückgerechnet werden. Das bedeutet, dass die Genauigkeit für eine Navigation nur über das GPS-Empfangssignal auf Grund der stark bebauten Umgebung und der schmalen Wege nicht ausreicht und zusätzliche Module zum autonomen Betrieb nötig sind. Hier wäre an die Implementierung einer Umgebungskarte oder eine Kamera zur Wegeerfassung zu denken.

Durch den Übergang vom Innenbereich mit glattem Untergrund in den unebenen Außenbereich und das erhöhte Gewicht durch die neuen Komponenten war es für die Fahrversuche im Freien notwendig geworden, neben einer Dämpfung des Fahrzeuges eine dynamische Krafterhöhung einzubinden, die je nach Untergrund die Lenkkraft erhöht. Durch den damit verbundenen erhöhten Stromfluss zeigten sich Probleme im Aufbau des Fahrzeuges. Für diese Belastung waren die aktuelle Verkabelung, die Stromversorgung sowie die Schirmmaßnahmen nicht ausreichend. Hier zeigte sich ebenfalls, dass die MD03-Motorcontroller nicht stabil liefen. Aus diesem Grund wurden am Ende der Arbeit noch die auftretenden Störeinflüsse und Absturzursachen untersucht und als Grundlage für die Weiterentwicklung dokumentiert.

 

Hubrich (Dez. 2007)