NIBObee

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NIBObee ist der Roboter der im Projekt RoLoMa verwendet wird.

Technische Daten

Art Typ Bemerkung
Mikrocontroller ATMEL ATMega16, , 15 MHz Integrierter UART wird verwendet um den Bluetooth Modul anzubinden.

Sollte die Leistung nicht ausreichen kann entweder der Erweiterungssatz von Nicai-Systems verwendet werden oder nur der Controller wird gegen einen Pinkompatiblen Typ ausgetauscht (z.B. ATMega32, ATMega644, ATMega1284)

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Maße Radumfang: 11,8 cm Diese Maße sind wichtig um den NIBObee so exakt wie möglich am Mittelpunkt des Labyrinthfeldes positionieren zu können.
Abstand Liniensensor zu Radachse: 10,4 cm
Impulse pro Umdrehung: 20

Ports

Über den UART wird der Bluetooth Modul BTM-222 angebunden. Am NIObee ist diese Schnittstelle am Port X5 verfügbar

Bibliotheksfunktionen

Liniensensoren

Die Werte der Liniensensoren können mit der Funktion line_get(index) gelesen werden. Die Werte selbst werden über einen A/D-Wandler ermittelt und zwischengespeichert. Es gibt 11 analoge Werte die zyklisch digitalisiert werden. Dieser Vorgang wird mit einer Frequenz von 120 kHz durchgeführt, d.h. dass jeder dieser Werte ca. alle 94 µs aktualisiert wird.

Aufgaben

Folgende Aufgaben sind im Rahmen des Projekts RoLoMa vom NIBObee Team zu lösen:

  • Herstellung der Bluetooth Hardware-Erweiterung
  • Softwaremodul zum Bedienen der Bluetooth-Schnittstelle via RS232
  • Softwaremodul zum Erkennen der Linie im Labyrinth und im speziellen der unterschiedlichen Kreuzungstypen
  • Messen des zurückgelegten Weges
  • Steuerung, die den Abstand des Sensors zur Radachse berücksichtigt um den Roboter an der korrekten Stelle um die eigene Achse zu drehen
  • Erstellen eines Abbilds des Labyrinths im Speicher und navigieren bis der Roboter wieder am Startpunkt gelandet ist (z.B. immer Links abbiegen)
  • Implementieren des MaDeCo Protokolls

Software

Die Aufgaben der Software sollen in möglichst unabhängigen Modulen realisiert werden um das Testen einfacher zu gestalten. Die einzelnen Module sind im Folgenden beschrieben.

Applikationen

Labyrinth erkunden

Kürzesten Weg durch Labyrinth

Kalibrierung

Zur Kalibrierung fährt der NIBObee ein Viereck entlang dass genau die Seitenlänge eines der Felder des Labyrinths hat. Dies ist notwendig um relativ einfach die Karte des Labyrinths erstellen zu können.

Protokolle und deren Implementierung

MaDeCo

Interface Definition
  • int set_opmode(OPMODE)
  • int send_waypoint(WAYPOINT)
  • int direct(DIRECTION[])
  • int ack()

Schnittstelle MaDeCo - RS232-Schnittstelle

  • pairing
  • Konfigurations-Commands
  • ack
  • read_command
  • send_command

Steuerungssoftware

Bluetooth Modul einschalten

Durch Bewegen der "Fühler" der NIBObee nach oben bis Einrasten wird das Bluetooth Modul eingeschalten. Daraufhin muss auf eingehenden Bluetooth Traffic gelauscht werden.

Bestimmte Events oder Commands lösen bestimmte Blink- oder Leuchtmuster der Status LEDs aus. TODO: Spezifikation der Blink Codes

Gerade fahren

Das Problem beim geradeaus fahren ist dass der Roboter von der Spur abweichen kann und dann neu ausgerichtet werden muss. Üblicherweise erfolgt das mit Hilfe der Liniensensoren indem, sobald einer der seitlichen Sensoren die Linie erkennt, durch beschleunigen oder bremsen eines Rades in diese Richtung korrigierend gelenkt wird.

In unserem Fall müssen wir diese Korrektur solange verzögern bis der seitliche Liniensensor eine mögliche Kreuzung passiert hat. Erst danach können wir feststellen ob wir nur die schwarze Linie einer Kreuzung überfahren sind oder ob tatsächlich eine Abweichung vorliegt. Die Anzahl der zu ignorierenden Odometrie-Impule kann folgendermaßen errechnet werden: 

<Impulse pro Radumdrehung> / <Radumfang> * <Linienbreite> =
20 / 11,8 * 1 = 1,69491525

Wir werden also nur zwei Impulse abwarten bevor wir mit der Korrektur beginnen

Kreuzung fahren

An einer Kreuzung wird abgebogen indem der NIBObee zuerst unbeirrt geradeaus fährt bis die Achse genau auf dem Mittelpunkt der Kreuzung zu stehen kommt. Danach wird eine Drehung nach rechts oder links durchgeführt bis sich die Linie wieder genau unter dem mittleren Sensor befindet.

Die Sensoren sind von der Achse 10,4 cm entfernt, eine Radumdrehung bewegt den NIBObee um 11,8 cm weiter und bei dieser Umdrehung werden vom Odometriesensor 20 Impulse abgegeben. Die Linienbreite wird 2 cm betragen. Daher errechnet sich die Strecke die nach Erkennen der Kreuzung gefahren werden muss folgendermassen: 

<Impulse pro Radumdrehung> / <Radumfang> * (<Achsabstand> - <halbe Linienbreite>) =
20 / 11,8 * (10,4 - 0,5) = 16,779661

Nach passieren der Kreuzung muss der NIBObee also noch 17 Impulse über den Odometriesensor empfangen bevor er stoppt.

Risikoanalyse

Im Folgenden wird versucht für die möglichen Risikopunkte Alternativen aufzuzeigen.

ATmega16 ist nicht Leisungsfägig genug
Es kann auf den Tuning-Kit von Nicai-Systems zurückgerifffen werden. Dies könnte eine nicht akzeptable Verzögerung verursachen (erkennen, bestellen, NIBObee umrüsten)
Ein beliebiger PIN-kompatiber Microcontroller ATmega... wird statt dem ATmega16 eingesetzt. Die funktioniert soange der Ersatz-µC mit der Frequenz vom 15 MHz betrieben werden kann. Wichtig ist auch dass es adaptierte Bibliotheken gibt die auf den Ersatz-µC abgestimmt sind (z.B. andere Register oder geänderte Adressen für Register, ...)
Signale am UART mit Bordspannung im Gegensatz zu RS232-Level (12V)
Die Signale am UART werden mit Bordspannung erzeugt/erwartet. Für die Kommunikation mit dem BT-Modul ist daher keine Anpassung durchzuführen.
Soll zu Testzwecken ein PC über RS232 angeschalten werden ist unbedingt auf die Spannung achten. Möglicherweise verwendet ein USB-RS232 Adapter nicht die 12V sonder nur 5V.

Open Issues

  • Es muss noch überprüft werden ob die NIBObee Hardware ausreichend leistungsfähig ist oder ein Upgrade gemacht werden muss.
  • Wie kann das verlassen der Spur von dem Überfahren einer Kreuzung unterschieden werden? Wenn es hier zu Problemen kommt könnten zwei zusätzliche lichtempfindliche Sensoren rechts und links oder noch ein Element mit drei zusätzlichen Sensoren auf Höhe der Achsen angebracht werden -> Mehraufwand!
  • Soll Aktivierung der BT-Schnittstelle manuell erfolgen?
  • Soll der Betriebsmodus gewählt werden können?
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