Wahlpflichtprojekt Mobile Roboter WS 06/07

Name: Noob Saibot
Gruppe: Alexander Seidl, Rick Eisermann

Plattform

Dieses Semester kommt zum ersten Mal eine omnidirektionale Plattform zum Einsatz, die sich in jede beliebige Richtung drehen und fahren lässt. Dies wird durch drei im Abstand von 120° angeordneten Motoren mit Allseitenrädern verwirklicht. Die verwendete Bibliothek des Aksen-Boards gestattet allerdings nur eine Ansteuerung eines Motors in zehn Leistungstufen pro Richtung. Dadurch wird die Bewegungsfreiheit der Plattform merklich gemindert.
Wir weisen die Nordrichtung als bevorzugte Vorwärtsrichtung aus, da die untere Platte dort eine Einkerbung für die Ballführung aufweist. Auf dieser Platte befindet sich eine weitere, die über vier Abstandshalter in einiger Entfernung befestigt ist.
Zwischen den Platten befinden sich die Mehrzahl der Kabel und Anschlüsse sowie ein sechseckiges Legokonstrukt an dem die sechs Ballsensoren und die Schussvorrichtung angebracht sind. Auf der oberen Platte befindet sich ein Legoaufbau, der das Aksen-Board, den Akku und die Torsensoren aufnimmt.

Sensoren

Ballsensoren

Der Ball wird durch sechs Infrarotsensoren erkannt, die auf der unteren Plattform montiert sind. Die Vorwärtsrichtung wird dabei von einer besonders empfindlichen 4-Sensor-Leiste abgedeckt, während die restlichen Richtungen (NO, SO, S, SW, NW) fünf einzelne Sensoren vorweisen. Somit ergibt sich eine Rundumsicht. Alle Sensoren sind an Analogeingängen angeschlossen, damit sich die Entfernung zum Ball abschätzen lässt.

Kollisionssensoren

Kollisionen werden durch eine Rundumstoßstange erkannt. Diese besteht aus einem schmalen, biegsamen Metallstreifen, der mit Ausnahme der Front komplett um die untere Plattform gelegt ist. Auf Höhe der vier Abstandshalter, die die untere und obere Plattform trennen, befinden sich jeweils zwei Löcher in den Metallstreifen mittels derer die Stoßstange über Kabelbinder an die Abstandshalter geschnürt ist. Damit die Stoßstange nicht komplett an der Plattform anliegt, wird sie neben den Vorsprüngen der Plattform an einigen Stellen von Schaumstoff abgehalten. Der Luftspalt ist wichtig, damit sich der Metallstreifen ohne große Krafteinwirkung verformen kann um die dahinter liegenden Mikroschalter auszulösen, von denen es fünf gibt (NO, SO, S, SW, NW). Die Mikroschalter sind an Digitaleingängen angeschlossen. Die aufgrund der Ballführung ausgesparte Nordrichtung wird von einem Sharpentfernungssensor abgedeckt, der sich nahe der Mitte auf der oberen Platte befindet, sodass die Fehlerschwelle von etwa 10 cm nicht unterschritten wird. Der Sharpsensor ist mit einem Analogeingang verbunden, damit sich die Entfernung zum Hindernis abschätzen lässt.

Torsensoren

Die zwei Tore sind durch die Frequenz ihrer Infrarotstrahlung erkennbar (100 Hz oder 125 Hz). Diese IR-Strahlung wird durch drei IR-Sensoren detektiert, die auf Höhe der Torsender angebracht sind, da sie nur in dieser schmalen Ebene empfindlich sein sollen. Der mittlere Sensor ist stark auf die Vorwärtsrichtung fokussiert, damit man relativ sicher sein kann auf die Tormitte zu zielen. Die anderen zwei Sensoren befinden sich links und rechts des mittleren Sensors und sind etwas weiter fokussiert, da hier nur die ungefähre Richtung des Tores interessiert. Die Sensoren befinden sich in getrennten Kammern einer Holzkonstruktion. Die Kammern sind mit Alufolie verkleidet, sodass mehr Strahlung eingefangen werden kann. Angeschlossen sind die Torsensoren an Analogeingängen, damit sich die Entfernung zum Tor abschätzen lässt.

Verhalten

Allgemein

Der einzige Sinn und Zweck des Roboters ist es Tore zu erzielen. Dabei geht er nach folgendem Schema vor: Dieses Schema wird stets wiederholt. Man beachte, dass jeder Teilschritt eine Wunschbewegung erzeugt, die aber nicht sofort ausgeführt wird. Erst ihre Überlagerung ergibt die tatsächliche Fortbewegung. Dies ist dadurch realisiert, dass eine Bewegung einen dreidimensionalen Vektor darstellt, also für jeden Motor eine Komponente im Bereich von -10 bis 10 enthält. Eine einfache vektorielle Addition liefert damit die Gesamtbewegung, z.B. NW + SW = {0, -10, 10} + {-10, 0, 10} = {-10, -10, 20}. Passt man dann den Vektor auf den Wertebereich an, ergibt sich die Westbewegung: {-10, -10, 20} => {-5, -5, 10} = W.
Über die DIP-Schalter sind neben diesem Gesamtverhalten zu Testzwecken auch die Einzelschritte separat auswählbar.

Ballfindung

Um den Ball zu finden, werden die Ballsensoren solange der Reihe nach ausgewertet bis einer den Ball gesehen hat. Zunächst wird die vordere Sensorleiste abgefragt. Befindet sich der Ball in ihrem Bereich, wird sich dem Ball angenähert bis er an der Plattform anliegt. Meldet hingegen einer der anderen Sensoren eine Ballentdeckung wird der Roboter nach links (NO, SO, S) bzw. rechts (NW, SW) gedreht, wobei die Drehung um so schneller ist, je südlicher der Sensor liegt. Sollte keiner der Sensoren den Ball entdeckt haben, dreht sich der Roboter zur Spielfeldabtastung um sein hinteres Rad.

Hindernisvermeidung

Um ein Hindernis zu erkennen, wird jeder der Mikroschalter und der Sharpsensor abgefragt. Für jede Hindernismeldung wird der Roboter in die Gegenrichtung des Sensors gesteuert, d.h. bei einem Hindernis im Nordosten wird Richtung Südwesten gesteuert. Da stets alle Sensoren abgefragt werden, ergibt sich die tatsächliche Ausweichrichtung als Überlagerung der Einzelrichtungen, d.h. ein Hindernis im Nordosten und Südosten bewirkt ein Ausweichen in Richtung Westen als Überlagerung von Südwesten und Nordwesten. Da sich der Roboter nur so lange bewegt wie die Sensoren anschlagen, wird dem Hindernis sehr haarscharf ausgewichen.

Torfindung

Um das Tor zu finden, wird zunächst der mittlere Torsensor abgefragt. Hat dieser das Tor gesehen, nähert sich der Roboter auf eine Mindestentfernung dem Tor an, damit der Ball nach dem Schuss nicht auf der Strecke liegen bleibt. Befindet sich das Tor hingegen im Bereich des linken bzw. rechten Torsensors, wird der Roboter in die entsprechende Richtung gedreht, bis der mittlere Sensor auf das Tor ausgerichtet ist.
Welches Tor gefunden werden soll, lässt sich über einen DIP-Schalter auswählen.

Fotos

Frontalansicht von schräg oben
Seitenansicht, schräg
Seitenansicht, direkt
Rückansicht, direkt
Vogelperspektive
Vogelperspektive, schräg