Laborprojekt ASURO - Vorbereitung

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1 4 6 Fachgebiet Regelungstechnik Leiter: Prof. Dr.-Ing. Johann Reger Einführung in die Kybernetik Laborprojekt ASURO - Vorbereitung 1 Einleitung Gegenstand dieses Projektlabors ist der Miniroboter ASURO, der vom Deutschen Zentrum für Luftund Raumfahrt (DLR) am Institut für Robotik und Mechatronik entwickelt wurde. Hierbei handelt es sich um eine Roboterplattform mit zwei unabhängig voneinander angetriebenen Rädern sowie einem vorgelagertem fixen Stützpunkt. Die Raddrehzahlen können jeweils mit Hilfe einer Odometrie am Getriebe bestimmt werden. Ausserdem verfügt der ASURO über sechs Kollisionstaster an der Vorderseite sowie über eine LED und zwei Fototransistoren auf der Plattformunterseite. Im Lauf des Projektlabors sollen der Umgang mit softwareuntersttzer Ansteuerung, grundlegende Kenntnisse in der C-Programmierung und die Erprobung von selbsterdachten Algorithmen zur Robotersteuerung geübt werden. Der Aufbau der Roboterplattformen sowie die Installation der notwendigen Software auf den Labor-PCs ist freundlicherweise bereits von unseren Mitarbeitern vorgenommen worden, so dass Sie sich ganz auf die Ansteuerung der Hardware und Programmierung Ihrer Algorithmen konzentrieren können. Abbildung 1: Roboterplattform ASURO Foto: Steffen Mauch (Benjamin Jahn, Kai Wulff) Seite Dezember 2011

2 2 Ziel der Vorbereitungsaufgaben Die folgenden Aufgaben dienen zur Vorbereitung der praktischen Übungen mit der Roboterplattform ASURO. Ziel der Vorbereitungsaufgaben ist es sich mit der Programmierung dieser Roboterplattform vertraut zu machen, da während der praktischen Übung keine Zeit dafür sein wird. Es wird von Ihnen nicht erwartet bis zum ersten Übungstermin die Programmiersprache C gelernt zu haben. Sie sollen lediglich befähigt sein, die von der ASURO-Bibliothek angebotenen Funktionen zu kennen und zu nutzen, um ihre eigene Kreativität bei der Bearbeitung der Aufgabenstellungen im Rahmen der praktischen Übungen uneingeschränkt walten lassen zu können. Dafür ist es notwendig sich mit den Grundlagen der C Programmierung (Datentypen, Kontrollstrukturen, etc.) vertraut zu machen, um eine Vorstellung sequenzieller Programmierung zu bekommen. Die gegebenen Materialien sind ausreichend um die Vorbereitungsaufgaben zu lösen, wobei sich Interessierte gerne weitere Tutorien zur C Programmierung anschauen sollten, um vertiefenden Wissen und ein weitreichenderes Verständnis zu erlangen. 3 Vorbereitung Die Vorbereitungsaufgaben bestehen aus Recherche- und Implementierungsaufgaben Die Rechercheaufgaben sollen schriftlich und stichpunktartig (per Hand oder mit einen Textverarbeitungsprogramm) bearbeitet werden und sollen Ihre Einarbeitung in die Ansteuerungssoftware unterstützen. Im zweiten Teil der Vorbereitungsaufgaben soll Beispielquellcode erzeugt werden. Hierfür wird empfohlen den kostenlosen Texteditor für Programmierer Programmer s Notepad 2.3 zu verwenden. Dieser bietet zahlreiche Vorteile um schnell, einfach und übersichtlich Quellcode zu erzeugen. Zum Beispiel werden Schlüsselwörter farblich hervorgehoben, was den Quellcode deutlich angenehmer zu lesen macht. Da wir, den mit diesem Programm erzeugten, Quellcode nicht compilieren (in Maschinensprache umwandeln) wollen, müssen keine weiteren Einstellungen getroffen werden. Sie müssen lediglich eine neue C/C++ Quellcodedatei erzeugen, in dem sie auf File - New - C/C++ klicken. Die Bedienung der anderen Funktionen (Speichern, Öffnen, etc.) ist selbsterklärend und dürfte keine weiteren Schwierigkeiten darstellen. Bringen sie alle von Ihnen, bei der Bearbeitung der Vorbereitungsaufgaben erzeugten, Unterlagen zum ersten Übungstermin mit. Insbesondere wird empfohlen den erzeugten Quellcode sowohl auf einem tragbarem Medium (USB-Stick, CD) als auch ausgedruckt dabei zu haben. Lassen Sie sich nicht von der Anzahl der Aufgaben abschrecken. Gerade einige der Rechercheaufgaben können mit einem Stichpunkt beantwortet werden. (Benjamin Jahn, Kai Wulff) Seite Dezember 2011

3 4 Aufgabenstellungen 4.1 Rechercheaufgaben Lesen Sie sich Kapitel 9 (C für ASURO) der ASURO-Anleitung durch und verschaffen Sie sich einen groben Überblick der grundlegenden Bestandteile der C Programmierung für den ASURO. Beim Ausarbeiten dieser Vorbereitungsaufgaben wurde davon ausgegangen, dass keine Vorkenntnisse im Bereich der C Programmierung vorliegen, sodass bestimmte Abschnitte gegebenenfalls ausgelassen oder überflogen werden können. Ganz wichtig ist es allerdings sich mit den von der ASURO- Bibliothek angebotenen Funktionen, welche in Abschnitt 9.2 vorgestellt werden, vertraut zu machen. Das vorliegende Dokument beschreibt dabei nur die erste Version der ASURO-Bibliothek. Mittlerweile gibt es weitere Funktionen zur Ansteuerung des ASURO, die weitaus komfortabler sind. Ein Überblick über diese können Sie sich in der Online-Dokumentation der aktuellen Version der ASU- RO-Bibliothek ( verschaffen. Navigieren Sie dazu in der rechten Spalte über den Punkt Auflistung der Dateien zur Datei asuro.h. Hier finden Sie eine Übersicht über alle zur Verfügung stehenden Funktionen mit detaillierter Beschreibung und Beispielen. Wir werden nicht alle Funktionen brauchen, jedoch ist es für das Lösen der Vorbereitungsaufgaben notwendig einige dieser kennen zu lernen und sich einen groben Überblick zu verschaffen. Die Namen der Funktionen sind meistens selbsterklärend. Aufgabe 1 Worin besteht der Unterschied zwischen einer Integer und einer float Variable? Aufgabe 2 Erstellen Sie sich einen Überblick der Kontrollstrukturen und beschreiben Sie jeweils den realisierten Programmablauf! Aufgabe 3 Worin besteht der Vorteil bei der Verwendung von Funktionen? Aufgabe 4 Wozu ist die main()-funktion da und was macht sie so besonders? Aufgabe 5 Worin besteht syntaktisch der Unterschied zwischen der Zuweisung einer Variable und dem Wertevergleich zweier Variablen? Aufgabe 6 Wie wird der ASURO initialisiert? (Benjamin Jahn, Kai Wulff) Seite Dezember 2011

4 Aufgabe 7 Warum muss das auszuführende Programm eine Endlosschleife enthalten? Aufgabe 8 Wie viele und welche Arten von Leuchtdioden besitzt die ASURO-Roboterplattform und wie werden diese angesteuert? Aufgabe 9 Wie können Verzögerungen im Programm realisiert werden? Nennen sie drei Möglichkeiten! Aufgabe 10 Mit welcher Funktion lässt sich die Systemzeit ausgeben? Kann man mit dieser Funktion auch die Zeit zwischen zwei Punkten im Programmablauf bestimmen (wenn ja, wie)? Aufgabe 11 Welche Möglichkeiten gibt es Ausgaben über die (serielle) Schnittstelle an den Computer zu machen? Nennen Sie ein paar Beispiele und erläutern sie die Unterschiede! (Benjamin Jahn, Kai Wulff) Seite Dezember 2011

5 4.2 Implementierungsaufgaben Versuchen Sie ihren Quellcode übersichtlich zu formatieren und mit Hilfe aussagekräftiger Kommentare leicht lesbar zu machen! Aufgabe 1 Schreiben Sie sich ein Vorlageprogramm mit allen notwendigen Anweisungen (Einbindung der ASU- RO-Bibliothek, Initialisierung der ASURO-Plattform, etc.)! Aufgabe 2 Schreiben Sie ein Programm, dass eine beliebige Zeichenkette über die serielle Schnittstelle ausgibt! Aufgabe 3 Schreiben Sie ein Programm, dass die Status-LED alle zwei Sekunden ein- und ausschaltet (beliebige Farbe)! Aufgabe 4 Schreiben Sie ein Programm, dass die rechte Back-LED leuchten lässt, wenn der rechte Fototransistor (Fotodiode) auf der Unterseite des ASURO beleuchtet wird! Entsprechend soll die linke Back-LED leuchten, wenn der linke Fototransistor beleuchtet wird. Aufgabe 5 Schreiben Sie ein Programm, dass immer wieder die Zeit zwischen zwei Punkten im Programmablauf bestimmt und diese über die serielle Schnittstelle ausgibt? Was zwischen den zwei Punkten im Programmablauf gemacht wird, kann frei gewählt werden. (Benjamin Jahn, Kai Wulff) Seite Dezember 2011