Weiterentwicklung einer Roboterplattform (FTW-4WD3)

Weiterentwicklung einer Roboterplattform (FTW-4WD3)

Aufgabenstellung:

Hinter dem sehr allgemein gehaltenem Thema „Weiterentwicklung einer Roboterplattform (4WD)“ verbargen sich zahlreiche Aufgaben und Problemstellungen. Neben völligen Neuentwicklungen sollten auch Komponenten, wie eine Distanzmessung, die bereits in anderen Fahrzeugen der WE4 erfolgreich arbeiten, integriert werden. Als eine Neuentwicklung sollte ein Funkmodul auf das Fahrzeug integriert werden und mit dessen Hilfe, Daten und Informationen an einen PC gesendet werden. Allerdings war es nicht möglich die Distanzmessung und die Funkübertragung effektiv in die vorhandene State-Maschine zu integrieren, weshalb das Entwickeln einer neuen State-Maschine die Hauptaufgabe der Diplomarbeit darstellte.

Realisierung:

Obwohl in einem anderen Fahrzeug der WE4 bereits ein System zur Distanzmessung eingebaut war, konnte dieses wegen einer geringeren zu messenden Drehzahl und des geringen vorhanden Platzes nicht einfach übernommen werden. Die Encoderscheibe musste völlig neu konzipiert werden und auch die Schaltungsplatine mit der Lichtschranke musste individuell angepasst und angefertigt werden. Hingegen war die Integration des XBee Funkmoduls vor allem eine Softwareseitige Herausforderung die darin bestand, dass Funktionen bereitgestellt werden mit denen das Funkmodul effektiv in den Quelltext eingebunden werden kann. Bei der Entwicklung einer neuen State-Maschine wurde darauf geachtet, dass von Anfang an die Distanzmessung und das Funkmodul mit integriert werden. Vor allem die Möglichkeit während der Entwicklung, Informationen bei Testfahrten über das Funkmodul an einen PC zu übertragen erleichterte die Entwicklungsarbeit enorm. Neben den Daten die vom Fahrzeug zum PC übertragen werden, wurde auch die Möglichkeit genutzt dem Fahrzeug Befehle vom PC aus zu senden. So können über die Software „XBee Communication 2“ zum Beispiel Befehle wie „start“ oder „stopp“ gesendet werden, die das Fahrzeug starten oder anhalten lassen. Beim Programmieren der State-Maschine wurde festgelegt, dass das Fahrzeug eine Wand suchen und dieser dann folgen soll. Die Plattform folgt immer der links vom Fahrzeug befindlichen Wand. Die drei größten Herausforderungen dabei waren die States zum Folgen einer  Wand, zum links Abzubiegen und zum rechts Rangieren um Hindernissen auszuweichen. Beim Wandverfolgungstate wurde eine Regelung integriert die das Fahrzeug in einen bestimmten Abstand zur Wand bringt und hält. Beim Linksabbiegen konnte durch die Hilfe der Distanzmessung erreicht werden, dass das Fahrzeug nach dem Abbiegen wieder möglichst parallel zur Wand steht. Durch die programmierte State-Maschine wurde dem Fahrzeug die Möglichkeit gegeben, sich kollisionsfrei in Räumen mit Hindernissen zu bewegen. Abschließend wurde noch das Senden strukturierter Daten vorbereitet. So wurde zum Beispiel die Vorarbeit übernommen, den Lenkeinschlagswinkel des Fahrzeugs zu ermitteln und die benötigten Werte, wie Radabstand und die Größe des Fahrzeugs exakt zu messen. Des Weiteren wurden bereits die grundlegenden Funktionen zum Übertragen der strukturierten Daten entwickelt.

Ausblick:

Damit anhand von übermittelten strukturierten Daten eine Karte erstellt werden kann, müssen die bereits vorhandenen Funktionen noch in die State-Maschine eingebunden werden. Als weitere Hardwarekomponente könnte ein Kompassmodul auf das Fahrzeug integriert werden. In Verbindung mit einem Kompassmodul könnte die gezeichnete Karte so erstellet werden, dass die Nordrichtung der Karte mit der Fahrtrichtung nach Norden übereinstimmt. Ein Weiteres Ziel ist eine engere Vernetzung verschiedener Fahrzeuge mit einem PC. So könnten zum Beispiel mehrere Fahrzeuge einen Raum erkunden und bei einem Beinahezusammenstoss mit einem anderen Fahrzeug vom zentralen PC gewarnt und zu einem bestimmten Verhalten veranlasst werden. Zum Beispiel könnte die eine Plattform angewiesen werden solange zu warten, bis das andere Fahrzeug es umkurvt hat.

 

Christian Unger (Dezember 2008)