Deckblatt

• Erreichen eines Ziels (ohne Kamera)
• Teil II: Realisation
• Vortrag im PSBVLego
• Gruppe 3: F. Unger, C. Sommer, M. Ströbl

Aufgabenstellung

• Anfahren einer Lampe jenseits unbekannten Terrains

Anforderungen

• Autonomer Roboter
• Beliebiger Start- und Zielpunkt
• Beliebige Form und Anordnung der Hindernisse
• Unabhängigkeit von wechselnden Faktoren
  • Lichtverhältnisse
  • Batteriespannung
  • Untergrund

Übersicht

• Realisation
  • Teil I
    • Verwendete Hardware
      • Aufbau
      • Probleme
    • Verwendete Software
      • Entwicklung
      • Probleme
  • Teil II
    • Programmablauf
    • Umsetzung der Konzepte
  • Teil III
    • Ausnahmebehandlung

Hardware: Aufbau

Hardware: Aufbau

• Chassis
  • Vier Räder, dadurch Drehung um die eigene Achse möglich
  • Genauer als Ketten oder Dreirad
• Sensoren
  • Rotationssensor an linkem Rad
  • Lichtsensor, fest nach vorne gerichtet
  • Touchsensor an der Front

Hardware: Probleme: Drehungen

• Bestimmung von Drehwinkeln und Strecken per Rotationssensor
  • Drehgeschwindigkeit abhängig von Batteriespannung und Untergrund
• Problem: Messen an nur einer Achse
  • Durchdrehen eines Rads unvermeidbar
  • Geschwindigkeitsunterschied bei Vor- und Rückwärtslauf
• Lösung: Einführen von Konstanten
  • Je eine Konstante zur Umrechnung von Rad-Drehwinkel in Roboter-Drehwinkel für Rechts- und Linksdrehung

Hardware: Übersetzung des Rotationssensors

• Zu langsam
  • Ungenau
  • Leichte Variationen beobachtet
• Zu schnell
  • RCX kommt nicht mehr mit

Software: Entwicklung

• NQC
  • Übersichtlichstes System
  • Standard-Firmware
  • Programm läuft vollständig im Brick

Software: Entwicklung

• Probleme
  • Keine Verbindung zum PC
  • Verhältnismäßig langsam
  • Eingeschränkte Rechenleistung, insbesondere auf 16bit Integer
  • Eingeschränkter Programmspeicher, Probleme mit Codegröße

Teil II: Der Programmablauf

• Programm
  • Orientierung auf Lampe
    • Orte Lampe
    • Drehe dich zur Lampe
  • Fahrt zur Lampe
    • Lampe erreicht?
      • Dann fertig
    • Hindernis gefunden?
      • Weiche Hindernis aus
      • Orientiere dich neu auf die Lampe

Orte Lampe

• 360°-Schwenk (Drehwinkelmessung)
• Problem: Identifizieren der Lampe

Orte Lampe

• Lösung: delta-f Verfahren
• Identifiziert Lichtquelle sehr sicher

Kurskorrektur

• Problem: evtl. keine genaue Zielpeilung
• Lösung: regelmäßiges Scannen

Zielerkennung

• Methode
  • Überschreitung eines Grenzwerts am Lichtsensor
• Implementierung
  • Bei Vollausschlag: Ziel erreicht
  • Einrichtung eines watcher-tasks

Hinderniserkennung

• Methode
  • Erkennung durch Berührungssensor
• Implementierung
  • Breiter Bumper mit Über- und Unterfahrschutz
  • Sehr sensibel
  • Erkennt auch schiefes Anfahren des Hindernisses

Hindernisvermeidung

• Theorie:
  • Algorithmus „Bug2“ (Lumelsky / Stepanov)
  • Inspiriert durch Beobachtung von Insekten

Hindernisvermeidung: Der Algorithmus

• Folge getroffenem Hindernis
• Verlasse das Hindernis am ersten Q, für das gilt:
  • Q liegt auf ST
  • |QT| < |HT|
  • QT kreuzt das Hindernis nicht

Hindernisvermeidung: Implementierung

• Virtuelles Koordinatensystem
• Startpunkt am Hindernis ist (0,0)
• Ziel liegt auf positiver y Achse
• Verlassen des Hindernisses bei x = 0, y > 0

Hindernisvermeidung: Implementierung

• Entlangfahren am Hindernis
  • Entlangtasten ohne Roboter zu verdrehen gestaltet sich zu schwierig
  • Deshalb: Einfach immer wieder versuchen, gegen das Hindernis zu fahren

Teil III: Ausnahmebehandlung

• Fehlerfälle
  • Falsche Ortung der Lampe
  • Hindernisse haben sich verändert
  • Lampe zu weit weg oder verdeckt

Endlosschleifen

• Problem
  • Situation
    • Irrtümliche Annahme: Lampe ist hinter der Zimmerwand --> Hindernis unendlich lang
    • Hindernis verschwindet --> unendlich kurz
  • Bug2 versucht dann erfolglos, dieses „Hindernis“ zu umfahren
• Lösung
  • Abbruch von Bug2 nach festem Zeitintervall

Lampe verdeckt

• Problem
  • Lampe nicht ortbar, Bug2 kann nicht starten
• Vorgehen
  • Fahre in die Richtung, wo zuletzt die Lampe war
  • Versuche regelmäßig, die Lampe wieder zu orten
  • Bei Anstoßen an ein Hindernis: Umschalten auf alternativen Algorithmus

Der Pledge Algorithmus

• Hintergrund
  • Gefunden von einem 12jährigen Engländer
  • Findet aus jedem Labyrinth
• Funktionsweise
  • Folge getroffenem Hindernis
  • Verlasse Hindernis, sobald Roboter sich durch Abfahren des Hindernisses gleich oft rechts- wie linksrum gedreht hat

Prinzip

• Weiche jedem Hindernis nach links aus

Implementierung

• Implementierung
  • Einfach, da Drehungen auf 90° beschränkt
• Vorteil
  • Algorithmus umfährt jede Art von Hindernis
  • Durch viele Scans sind Dreh- und damit Positionsinformation ungenau
  • Pledge braucht nur ungefähre Orientierung
• Nachteil
  • Sucht nicht im Inneren von Räumen

Zusammenfassung

• Erreichen eines Ziels (ohne Kamera)
  • Einsatz der Lego-Sensoren
  • Orten einer punktförmigen Lichtquelle
  • Ausweichen von Hindernissen