Entwicklung einer Roboterplattform (Hexapod FTW-Hex3)

Entwicklung einer Robotterplattform (Hexapod FTW-Hex3)

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Allgemeines
Bei diesem Modell handelt es sich um den HexCrawler HDATS der Firma CrustCrawler (www.crustcrawler.com). Er ist mittlerweile der dritte Roboter dieser Art, den die WE4 bei sich aufgenommen hat. Im Vergleich zu seinen Vorgängern ist er der längste und breiteste sechsbeinige Roboter.
Die Basisplattform ist mit 18 Servos für die Laufbewegungen und 2 Servos für die Kopfbewegungen bestückt. Der Ultraschallsensor SRF08 ist auf eine Entfernungsmessung von ca. 3m eingestellt.  Dieser ist auf der Sensorhalterung S3, ebenfalls von CrustCrawler, befestigt. Mit Hilfe der Halterung werden in der Horizontale Messungen von -90° bis + 90° durchgeführt. Die Verbindung zu einem PC kann der Roboter durch eine serielle RS232-Schnittstelle aufnehmen. Darüber werden Informationen der Umgebung ausgelesen. Ein LCD-Display sorgt für die Ausgabe von Bewegungsarten und Laufrichtungen.

Aufgabenstellung
Nach dem mechanischen Aufbau und der Entwicklung der Bewegungsmuster, lautete die Aufgabenstellung, zu untersuchen, welche Vorteile die Erstellung einer zweidimensionalen Matrix für die Umgebung hat und welche Unterschiede zur üblichen Methode, ausschließlich mit Sensordaten zu navigieren, auftreten.  Es sollten zwei Modi programmiert werden, durch die gezeigt werden kann, wie sich diese Navigationen unterscheiden. Des Weiteren sollte es möglich sein, mit Hilfe der Schnittstelle die erstellte Matrix an den PC zu übertragen.

Durchführung
Im Modus Matrix erfolgt eine sequentielle Abarbeitung der Lauf- und Kopfbewegungen. Dadurch wird eine möglichst genaue Abbildung der Matrix erstellt.  Bisher kann sich der Roboter ausschließlich in vier Himmelsrichtungen durch den Raum bewegen. Ein rechteckiges Labyrinth wurde dafür als bedingt vorausgesetzt. Dabei folgt er immer der rechten Wand. Probleme gab es vor allem bei der Genauigkeit in den Bewegungsarten. Abweichungen im Vorwärtsgang oder bei 90° Drehungen mussten korrigiert werden, um eine Messung des richtigen Feldes in der Matrix zu garantieren. Abbildung 1 zeigt das ideale Abbild des Test-Labyrinths der WE4.

Für die Sensornavigierung wird die Umgebung in insgesamt sieben Bereiche für das Ausweichen und die Wandverfolgung aufgeteilt (siehe Abbildung 2). Wie bei der Matrixnavigation, gilt hier das gleiche Prinzip, immer der rechten Wand zu folgen. Befinden sich Hindernisse in den ersten vier Bereichen, weicht er aus. Dieses geschieht durch Kurvenläufe, Drehungen auf der Stelle oder im Extremfall durch Seitwärtsgänge. In den letzten drei Bereichen wird die Wandverfolgung realisiert. Ist die Wand zu weit entfernt, wird durch unterschiedliche Bewegungsarten eine Korrektur eingeleitet. Im Gegensatz zur Matrixnavigation erfolgen die Lauf- und Kopfbewegungen parallel.

Fazit
Zurzeit besteht der Vorteil der Sensornavigierung in der parallelen Abarbeitung von Lauf- und Kopfbewegungen und zusätzlich ist er in seiner Ausrichtung nicht durch die Vorgabe der vier Himmelsrichtungen eingeschränkt. Er ist schneller und umgeht auf Grund der Kurvenläufe die Hindernisse sanfter, während mit der Matrixnavigation Hindernisse bisher nur im 90° Winkel umlaufen werden können. Der eindeutige Vorteil der Matrixnavigation wird allerdings in engen Bereichen deutlich. Wo der Roboter im Modus Sensornavigierung, bedingt durch seine einzuhaltenden Sicherheitsabstände und fehlenden Informationen über die Umgebung versagt, bewältigt der HexCrawler durch die erstellte Matrix seinen Weg mühelos.
In der nächsten Ausbaustufe, sollten besonders unter Berücksichtigung des enormen Geschwindigkeitsunterschiedes, die beiden Modi nach Möglichkeit vereint werden.

Abbildungen 3 und 4 zeigen den fertiggestellten HexCrawler FTW-HEX3-1.

Sven Oltmanns, ETTI 2004, 06.12.2007

 

Bild01

Abb. 1: Ideales Abbild des Test-Labyrinths der WE4

Bild02

Abb. 2: Aufteilung in Ausweichbereich und Wandverfolgung

Bild03

Abb. 3: Fertiger FTW-HEX3-1 von vorne

Bild04

Abb. 4: Fertiger FTW-HEX3-1 von oben