Einführung Hardware. Gerald Steinbauer Institut für Softwaretechnologie. Gerald Steinbauer. Konstruktion Mobiler Roboter, PR, WS11

Transkript

1 Konstruktion Mobiler Roboter Einführung Hardware Institut für Softwaretechnologie 1

2 vorhandene Hardware Roboter & Antriebe Sensoren Manipulatoren Agenda 2

3 Pioneer 3DX Allgemein Hersteller Mobile Robots ( meist verkaufte Forschungs- Plattform weltweit Differential Drive 1.2 m/s Höchstgeschwindigkeit unterstützt durch viele Bibliotheken, Simulatoren, Tools Roboter niemals auf den Rücken drehen Kurzschluß! 3

4 Pioneer 3DX Stromversorgung 12 V Blei-Gel l Akkus bis zu 3 Packs einige Stunden Laufzeit 12 Stunden für Recharge Ladegeräte oder Docking-Station 12 V/5 V Versorgung für zusätzliches Equipment stabilisiert und unstabilisiert extra schaltbar Spannungskonverter 12 V auf 24 V vorhanden 4

5 Pioneer 3 Sonar Ultraschall-Abstandssensoren ll t 2 Gruppen â 8 Sensoren (vorne oder hinten) [links, 6 x 20, rechts] Time of Flight Messung Reichweite 15 cm - 5 m großer Öffnungswinkel (30 ) Probleme: Cross-Talk und Rauschen gut geeignet für Hindernis- vermeidung 5

6 Pioneer 3DX Steuerung Onboard-Microcontroller Hitachi HS8 ARIA-API/proprietäres API/proprietäres Protokoll steuert nur low-level Aktoren/Sensoren/IOs RS-232 Schnittstelle zum Host einige i interne On-board Test-Routinen ti interne Erweiterungsteckplätze vorhanden (RS232) Notebooks High-Level Steuerung Ubuntu Linux ROS installiert Serielle Schnittstelle Roboter (ttys0) USB-Serial-Converter Serial 4-fach Laser (ttyusb0..3) 6

7 Pioneer 3DX IOs durch Mikrokontroller k gesteuert t eigener API-Befehl Outputs 8 digital Ausgänge (TTL) einige intern verwendet (Gripper, ) Inputs 8 digitale Eingänge g (TTL) 8 analoge Eingänge (0-5V, 8 Bit Auflösung) einige intern verwendet (Batterie, ) 7

8 Pioneer 3AT Basics gleiches Onboard- Controller wie Pioneer DX3 4WD Differential-Drive Drive mit je 2 gekoppelten Rädern Outdoor-tauglich Wiese Schotter Steigungen g proprietäre Docking Station getrennte Batterie-Sätze für random und wonko (auf Anschlüsse achten! am Wonko gebogen) 8

9 Forbot Hersteller Roboterwerk ( Roboterplattform für Einsatzkräfte und Militär 6 Räder Skid Drive (3 Räder starr gekoppelt) giftig! bis 5 m/s schnell Prototype für Search and Rescue 9

10 Forbot Intern Antriebsleistung: i t 2 x 300 W Ethernet Schnittestelle mit ROS kompatiblen Node WLAN-Router onboard interne Spannungsversorgung 48V! 12 V (minimale Leistung) und 24 V (150 W) 10

11 Sick LMS 200 Laser RangeFinder (4,5 kg) Laser Laufzeit Messung (rotierender Spiegel) eine Scan-Ebene 180 oder 110 Scans 0.25, 0.5 oder 1 Auflösung 8 m Tiefe bis 75 Hz abhängig von der Schnittstelle Schnittstelle RS232/RS , 19.2, 38.4 oder 500 kbaud Zeichenorientiertes Protokoll Versorgung 24V (Spannungskonverter nötig), ca. 50 W Leistung 11

12 Sick LMS

13 Sick LD Laser RangeFinder (3,2 kg) Laser Laufzeit Messung (rotierender Spiegel) eine Scan-Ebene n Sektoren, zusammen bis 360 m * Auflösung 8 m Tiefe 5 20 Hz Rotation Schnittstelle RS232/RS422/CAN/ArcNet Standard Baudraten Klartext Protokoll Versorgung 24V (Spannungskonverter nötig), 36W 13

14 Sick S100 (Neu!) Laser RangeFinder (1,11 kg) Laser Laufzeit Messung (rotierender Spiegel) eine Scan-Ebene 270 bis 20 m Schnittstelle Ethernet (10/100 MB), Daten und Konfiguration RS232, Konfiguration Klartext Protokoll Versorgung 24V (Spannungskonverter nötig), max 20W Sicherheitszertifiziert Schaltausgänge 14

15 Hokuyo URG-04LX Laser Range Finder Indoor Laser Phasen Messung (rotierender Spiegel) eine Scan-Ebene 240 bis 4 m Schnittstelle RS232/USB Baudraten bis 750 kbits/s Klartext Protokoll Gewicht ~ 160 g Versorgung 5V (extern), ~2.5W 25W 15

16 Hokuyo UTM-30LX Laser Range Finder Outdoor Laser Phasen Messung (rotierender Spiegel) eine Scan-Ebene 270 bis 30 m Schnittstelle USB 2.0 Baudraten bis 750 kbits/s Klartext Protokoll Gewicht ~ 370 g Versorgung 12 V (extern), ~8 8W 16

17 PtGrey Research Bumblebee 2 Stereo Vision intern zwei Kameras fertig kalibriert entzerrte Bilder 1024x768 mit 20 Hz Disparity Map per Software Firewire Interface Stereo Vision 17

18 Kinect entwickelt als Kontroller für die Microsoft Xbox billig - rund rund 10 M Stück verkauft nutzt Time-of-Flight Konzept projiziert modulierte IR Signatur liefert 3D und 640 x 480/30 Hz Unterstützt auch Gesten und dpositionserkennung Basistechnologie von PrimeSense [by James Pfaff] 18

19 Kinect 3D Szene 19

20 Sony Firewire Interface gute Farbwiedergabe bis 640 x 480 Pixel diverse Subauflösung Mono Kamera diverse Objektive vorhanden relativ schwer USB Web-Kameras (z.b. Logitech) einfaches Interface relativ gute Qualität leicht 20

21 Wärmebildkamera micro-epsilon T 160 liefert Wärmebild in drei Bereichen ( C, C C, C) 160 x Hz USB Connection Demo Sofware für Windows ROS Node auf dem Weg 21

22 Inertial Sensor Lagesensor (yaw, pitch, roll, basierend auf Gravitation und Magnetfeld) 3-Achsen Beschleunigunssensor (x, y, z) Drehratensensor (x, y, z) hohe Framerate (bis > 100 Hz) merkliche Drift Lage- oder Bewegungs- Messung proprietärer Bus (Xbus auf USB) auch kombiniert mir GPS 22

23 GPS globale l oder lokale l Position Trimble Pathfinder Pro XT professioneller GPS-Empfänger Schnittstelle RS 232 simples Textprotokoll (NMEA) Differential-GPS Einspielen von Korrekturen möglich Referenzdaten von Rerferenzstationen Multipath-Unterdrückung externe Antenne 23

24 Katana Arm professioneller Roboterarm 6 Freiheitsgrade 1-5 Arm 6 Gripper relativ gute Traglast (bis 500g) dezitierte Steuerungbox Kommunikation über Ethernet Steuerung erfolgt autark Interfacelibrary für C/C++ diverse Steuerungs-Modi Spannungsversorgung 24V über Spannungs- wandler

25 Kuka YouBot Arm Kompakter Knickarm für Forschung und Lehre eingeschränkte Kinematik 5 Gelenke + 1 Greifer 05k 0.5 kg Payload dbei i74k 7.4 kg Gewicht Ethernet Anschluss ROS Node verfügbar 24 V Versorgung (80 W) 25

26 Schunk PowerBall Arm Industrie Roboter Arm volle 6D Bewegungen möglich 3 Doppel-Gelenke + 1 Greifer Greifer kann auch durch einen Sensorkopf ersetzt t werden 6 kg Payload bei 12 kg Gewicht Steuerung über Can-Bus ROS Arm Navigation wird momentan adaptiert Details in der Praktischen Einführung 24 V Versorgung (80 W) 26

27 Empfohlene Literatur PDFs zum download d auf der Übungs-Webseite b Robotics Wiki am IST 27

28 Cooles Beispiel 28

29 Fragen? 29