Von a nach b

[oberallgeier]

Hallo Dahris,
willkommen im Forum.

.. Meine Idee war es, Mithilfe eines Raspberry Pi 2 einen Plan einzuspielen, welches der Roboter nachfahren soll ..

Nun bin ich nicht wirklich ein Könner und Wisser auf dem Gebiet der Robotik. Aber allein die eben zitierte Aufgabe ist meiner Meinung nach ein Hammer für jegliche Schulaufgabe, welche Schule auch immer. Das können wir Dir gerne erklären, aber schon die Erklärung handelt von Problemen, die Du allem Anschein nach nicht mal im Ansatz kennst.

Fazit: Beschreibe mal ALLES wie Radbruch es schon wünscht, lieber mehr (und systematisch) als zu wenig. Vielleicht können hier einige einen Weg finden oder Dir wenigstens Zugänge zu einzelnen Abschnitten.

[HaWe]

für Navigation ist im einfachsten Falle nur Odometrie nötig.
Lego ist da eine gute Idee, was den NXT als µC und die Encodermotoren angeht, aber es ist nicht ganz so einfach. damit 5-10kg zu transportieren.
Gehen tut das ntl schon, mit vielen Rahmenbauteilen, besser aber mit Alugestell (Matrix, Tetrix) und 2 Motoren pro Antriebsache - oder einer genügend großen Untersetzung (1:4).
Für den Anfang reicht das, und der NXT ist hierzu absolut geeignet. Die Programmierung kann glücklicherweise mit einem C-ähnlichen Bytecode-Compiler erfolgen (NXC) oder mit echtem C mit einem RTOS (nxtOSEK) oder auch mit Java.
Kosten: etwa 100 EUR für NXT und 2 Lego Encoder-Motoren (Rotations-Encoder, wichtig bei Nachlauf und Dreh-Umkehr).

Will man eine größere Genauigkeit, kann man einen Gyro-Sensor dazunehmen.

http://www.mindstormsforum.de/viewto...t=6746&p=68087

Den Raspi halte ich für eine extrem schlechte Idee, da man großen Aufwand für pwm und Encoder betreiben muss. Sein Linux ist mit extrem hohem Lernaufwand für Einsteiger verbunden, stellt Zugriffe nicht in Echtzeit zur Verfügung sondern nur im user-space. und seine Pins kann man daher nur sehr langsam auslesen - zu langsam meist sogar für Encoder in ausreichender Genauigkeit.

https://www.roboternetz.de/community...C3%BCr-Dummies

Sehr gut funktioniert aber ein Arduino Due (notfalls auch Zero, Tian, 101...) : die haben alle ARM Prozessoren (wie der NXT), damit genügend Rechenpower für Trigonometrie und genug Speicher für große Zimmer-Karten. Gerade der Due hat Pins auch bis zum Abwinken für alle möglichen Zusatz-I/Os. Und das wichtigste Plus für alle Arduinos: Eine extrem einfache IDE für echten C-Code mit libs für Alles und Jedes.

http://www.mindstormsforum.de/viewto...p=68087#p68087

Bei Lego NXT sind die Motortreiber und die Encoder-Ports eingebaut, bei Arduinos muss man allles selber machen und dazukaufen.
Kosten: auch ca. 100 EUR für China-Due + 2 Motor-Treiber (L298 etc) + 2-4 Lego Encodermotoren.

Das Fahr-Gestell kommt in jedem Falle oben drauf, das wird die Kosten zumindest verdoppeln. Ein Lego Mindstorms NXT 2.0 Set als Einstieg wäre da schon einigermaßen lohnenswert, vor allem wegen der Flexibilität der Bauteile, der Räder, der Zahnradgetriebe usw...

[Dahris]

Vielen Dank für die vielen Antworten. Entschuldigung für das Gestammel, ich versuche alles zu beantworten...

Ich geh in eine Schule mit IT Schwerpunkt und jeder in der Klasse muss sein eigenes Projekt alleine machen. (also kein Gruppenprojekt)
Es ist eine Aufgabe von meinem Lehrer, da er meine vorherige Idee zu kompliziert fand.
Da ich auch bei meiner eigenen Idee mit einem Pi arbeiten wollte, kenne ich mich gut damit aus. (ich hab im Sommer einen Stimmenautomatisierten Pi als Mediacenter "gebaut" -> war ein großer Teil meines ersten Projektes) Jedoch hatte ich 2 Monate Zeit dafür zu recherchieren und es war kein mobiler Roboter geplant.

Mein Lehrer hat gemeint, dass ich einen fertigen Roboter (der eine Traglast von 5kg aushält) kaufe, der mit einer Fernbedienung kontrollierbar ist und mir dann etwas einfallen lassen soll wie ich diesen Roboter automatisieren kann.
Mir ist auch bewusst wie teuer dieses Projekt werden wird.

Das Projekt fliesst nicht in die Note ein, ist aber für das Schuljahr ein Muss-Kriterium.
Der Boden besteht bei meiner Testfläche sowohl wie in der Schule aus Fliesen.


Es muss nicht ein Pi sein, war nur ein Vorschlag meines Lehrers da ich mehr Erfahrung damit hatte als zB mit Arduino.
Lego NXT hört sich aufjedenfall schon vielversprechend an und das mit dem Staubsaugerroboter habe ich schon einmal vor einer Weile in Betracht gezogen.

Ich versuche es nochmal und hoffentlich etwas verständlicher aufzulisten, wie mein Lehrer mir diese Aufgabe zugeteilt hat:

+ Ich brauche einen Roboter der 5kg tragen kann (ich habe nochmal nachgefragt und 5kg genügen)
+ Mit einem Programm soll dieser Roboter von einem Startpunkt zu einem Ziel fahren. Der Weg wird aber nicht gerade sein, da er durch mehrere Räume fahren soll
+ Damit der Bot nicht in Schüler reinfährt, soll er ausweichen können

Bei meiner Aufgabe ist der Roboter selber nicht das wichtige, sondern, dass der Roboter automatisch beim Starten einen bestimmten Weg befahren kann ohne von der Traglast zusammenzufallen.

Entschuldigung für dieses Mischmasch, aber ich weiß nicht wie ich es genauer beschreiben kann...

LG
D

[i_make_it]

Traglast 5 kg oder Zuladung 5kg?

Wenn die Traglast 5kg ist und z.B. das Eigengewicht inklusive Antriebe, Sensoren, Steuerung und Stromversorgung 3kg ist, bleibt für die Zuladung nur noch 2kg.

Damit der Bot nicht in Schüler reinfährt, soll er ausweichen können

Das kann knackig werden.
Im ersten Versuch kann man das ganz normale Ausweichverhalten nehmen das man auch für Möbel und Wände nimmt, aber Menschen sind in der Regel nicht ortsfest sondern laufen rum.
weshalb oft einfach stehen geblieben wird bis der Mensch den Weg frei macht.

von einem Startpunkt zu einem Ziel fahren. Der Weg wird aber nicht gerade sein, da er durch mehrere Räume fahren soll

Zwischen Start und Ende sind 1-2 Haltestellen.

Eine Möglichkeit wäre eine Leitmarkierung (Stichwort Linienfolger) für die Strecke und Barken an den "Haltestellen"
Da muß man halt klären ob man eine Klebebandlinie auf den Boden machen darf.

Ohne ein solches Leitsystem, muß der Roboter über eine Karte verfügen und die Möglichkeit sich selbst in der Karte zu verorten.
Damit bist Du dann auf Nivau eines Unistudiums.

Hier mal ein paar Links zum Thema Roboternavigation/Kartierung:
https://users.informatik.haw-hamburg...nck/folien.pdf
http://www.statistik.lmu.de/institut...428-slides.pdf
http://ocw.mit.edu/courses/aeronauti..._blas_repo.pdf
http://www.diva-portal.org/smash/get...FULLTEXT01.pdf
http://www.cs.cmu.edu/~16899/notes/slam_ieee.pdf

Frag mal deine Lehrer ob Sie sich des Umfangs der Aufgabenstellung bewusst sind.
Sowohl von den Kosten, dem notwendigen Wissen und dem Zeitaufwand für eine Person.

[HaWe]

das mit dem "Niveau eines Unistudiums" halte ich für hanebüchen, ich habe es als reiner Hobbybastler mit Lego gemacht. Odometrie braucht nur etwas Trigonometrie. Nacheichen mit Gyro oder externen Baken ist aber schon besser, klar, aber man kann ja erstmal klein anfangen.

Fürs Ausweichen gibt es von Lego Ultraschallsensoren (im Startset enthalten), die sind absolut simpel zu programmieren.
Wichtig dabei: den alten NXT verwenden (gebraucht, Ebay etc.), nicht den neuen EV3, denn da ist die Programmierung viel komplizierter.

Dann war von einer Zuladung von 5kg die Rede, nicht von einer Tragfähigkeit des Fahrgestells von bis zu 5kg. Gesamttragfähigkeit des Gestells ist also Eigengewicht plus 5kg Zuladung.

Auch mit Linuxkenntnissen halte ich den Pi aber wegen seiner miserablen Echtzeitfähigkeit (u.a. für Encoder-Pins) für absolut ungeeignet (außer mit Extension-Board, wie z.B. Propeller-HAT, kostet aber wieder extra).

Für die Plastikachsen von Lego ist das Gewicht aber dennoch eine Heraussforderung (auch wenn Lego-Plastik insgesamt leicht ist).
Metallachsen (Metabo, Märklin, Trix, Metallus) mit Adapter auf die 5mm Kreuzachsen funktioniert aber sehr gut (wie in meinen oben verlinkten Modellen). Dann kann man sogar ein Sperrholzbrett als Basis-Chassis verwenden.

Die Programmierung ist nicht schwierig, wenn man preemptives Multitasking (NXT) oder wenigstens cpu-Timer-IRQs (Arduino Due) und mindestens 30kB RAM für die Karte und die Wege hat.

Das ganze nicht rein odometrisch - sondern z.B. als Linienfolger - würde die Sache natürlich noch weiter vereinfachen, auch Hindernis-Ausweichen per Ultraschall-Sensor-Führung ist damit möglich (Linie verlassen, Hindernis im (Halbkreis-) Bogen umfahren, bis man wieder auf die Linie trifft). Auch ein Lichtsensor ist für Linienfolger im NXT Basis-Set enthalten.

[i_make_it]

das mit dem "Niveau eines Unistudiums" halte ich für hahnbüchen, ich habe es als reiner Hobbybastler mit Lego gemacht. Odometrie braucht nur etwas Trigonometrie.

@ HaWe: Wenn Du meinen Text aufmerksam liest und Dir die Links ansiehst, stellst Du fest das ich nicht von Odometrie schreibe sondern von Kartierung und wie sich ein Roboter selbst darin verortet.
Also Occupancy Grid/Vektorkarten und SLAM.
Sowie Korrektur der Karten beim mehrfachen durchfahren des selben Raums um Messungenauigkeiten zu elliminieren.
Also Koppelnavigation, Kalmanfilter, Monte-Carlo-Lokalisierung etc.
Bei Kartierung mit Eigenbewegung, ortsfesten Hindernissen UND beweglichen Hindernissen (Menschen) erstellt man Zeitdiskrete Karten und integriert diese dann wieder um die ortsfesten Hindernisse zu filtern. Diese sind ja entscheident für die Routenplanung bei Ausweichmanövern.
Es bringt ja nichts dem Menschen auszuweichen und dann vor der Wand zu stehen. Also beim Ausweichmanöver die Ortsfesten Hindernisse mit berücksichtigen wenn z.B. der Mensch vorne links ist aber rechts dann nicht mehr genug Platz ist um hinter dem Menschen weiter zu kommen.
Dan greift nicht das einfache Ausweichen sondern die Routenplanung muß die Ausweichroute möglichst in Echtzeit berechnen. (Oder man bleibt stehen und wartet bis der Mensch weg ist)

Die Aufgabenstellung ist eigentlich genauso anspruchsvoll wie ein fahrerloses Auto das am Straßenverkehr teilnehmen soll.
Wenn das mit etwas Trigonometrie machbar ist, dann geh damit mal zum Patentamt bevor Mercedes, BMW und Co. das selbst anmelden. (Sorry der musste sein)

[HaWe]

na, aber jetzt...

die Odometrie ist doch die Basis der eigenen Positionsbestimmung per Koppelnavigation, um sie dann anschließend in die eingespeicherte Karte einzuprojizieren.

D.h., man braucht eine Karte der Räume und den Startpunkt des Roboters, den Rest der Wegefindung macht der Roboter per Odometrie-Messungen (das ist ja die besagte Koppel-Navigation).
Nach dem Motto:
2m geradeaus,
dann 30° nach rechts,
dann 4 meter geradeaus,
dann 90° links,
dann 1m geradeaus
- dann...: Sie haben das Ziel erreicht!

So funktioniert das, wo ist das Problem?

Selbst dafür wären jetzt Karten noch nicht mal zwingend notwendig,
a-Bär: Odometrie ist ungenau, und so kann man die (bekannten) Wände in der eingepeicherten Karte bereits als Navigationshilfe mitverwenden, um die Odometrieposition zu berichtigen (wenn man sich in der Mitte des Gangs wähnt, aber plötzlich doch an der Wand anstösst). IMUs (Gyros) machen es NOCH etwas einfacher, aber es muss ja für das Projekt nicht gleich 100% perfekt sein.

Fürs Umfahren von Hindernissen gibt es übrigens auch den Bug- oder Bug2-Algorithmus, und ganz ohne feste Steuer-regeln noch den Astern (A*), aber das ist dann schon ein ganz klein wenig schwieriger (aber auch mit Lego bereits gelöst).