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.
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