Einführung Hardware. Gerald Steinbauer Institut für Softwaretechnologie. Gerald Steinbauer. Konstruktion Mobiler Roboter, PR, WS10

Transkript

1 Konstruktion Mobiler Roboter Einführung Hardware Institut für Softwaretechnologie 1

2 vorhandene Hardware Roboter & Antriebe Sensoren Manipulatoren Quadcopter 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 Differential Drive V V R R r 2 R R r l D l R WL W WR D 4

5 Momentanpol-Kinematik V D L V L L V D L V L 2 L V R 2 V VR VL W Mp W L 5

6 Odometry Roboter liefern Odometry gefahrener Weg des Roboters ( s, φ) geschätzte Geschwindigkeit (v r,v l oder v, ω) Wheel-Encoder pro Rad inkrementeller Sensor akkumulierte Fehler Koordinatentransformation x x t 1 t für globale Koordinaten y t s cos y s sin 1 t t t t 1 t 6

7 Pioneer 3DX Stromversorgung 12 V Blei-Gel 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 7

8 Pioneer 3 Sonar Ultraschall-Abstandssensoren 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 8

9 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 interne On-board Test-Routinen interne Erweiterungsteckplätze vorhanden (RS232) Notebook random und mark II High-Level Steuerung Ubuntu Linux SW-Pakete/Tools installiert Serielle Schnittstelle Roboter (ttys0) USB-Serial-Converter Serial 4-fach Laser (ttyusb0..3) 9

10 Pioneer 3DX IOs durch Mikrokontroller gesteuert 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, ) 10

11 Pioneer 3DX Operation Panel Resettaste für Roboter-Steuerung Statusanzeige Batterie (grün-orange-rot) serielle Verbindung (blinkt wenn aktiv) Motorschalter Freigabe der Motoren Schalter für zusätzliche Spannungs- versorgungen AUX1 AUX2 11

12 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) 12

13 Pioneer 3AT Basics gleiche Onboard-Sensorik wie Pioneer DX3 Odometry Sonar Motor-Notaus-Schalter!!! Notebook wonko 13

14 Forbot Hersteller Roboterwerk ( Roboterplattform für Einsatzkräfte und Militär 6 Räder Skid Drive (3 Räder gekoppelt) giftig! bis 5 m/s schnell Prototype neu am IST 14

15 Forbot Intern Antriebsleistung: 2 x 300 W interne Steuerung: National Instruments CompactRIO Proprietäres UDP Protokoll Fahrbefehle rudimentärer Rückkanal (Batterie, Odometrie) Ethernet Schnittestelle WLAN-Router onboard (z.b. iphone App) interne Spannungsversorgung 48V! 12 V (minimale Leistung) und 24 V (150 W) 15

16 Robotik Wireless Network Wireless Network A & B Standard nur für Robotik-Anwendungen privates Netz xx (statische Adressen, RoboCup) SSID TU_ROBOTICS_A und TU_ROBOTICS_B, B kein Schlüssel nötig keine Services nach Außen nur über Lab-Netzwerk erreichbar innerhalb des Netzes sind alle Service offen gesamtes Lab in der Brückenkopfgasse für Roboter und Steuer-Notebooks t 16

17 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 17

18 Sick LMS

19 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 19

20 Sick S100 (Neu!) Laser RangeFinder (1,1 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 20

21 Laser Range Finder Hokuyo URG-04LX 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 21

22 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 22

23 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 23

24 Firewire Interface für die Roboter-Notebooks PCMCIA-Card nötig 6 pol. Firewire Stecker groß für intern versorgte Kameras 12V Spannungsversorgung vom Roboter nötig 24

25 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 25

26 GPS globale oder lokale 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 26

27 zwei Freiheitsgrade it up/down open/close parallele Ausführung möglich zwei Endschalter-Paare Up/down open/close (Zange/Objekt) nur am Pioneer Roboter Steuerung Simple digitale IOs am Controller im Protokoll integriert Pioneer Gripper 27

28 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 Spannungswandler

29 Empfohlene Literatur Introduction to Mobile Robots, Buch Quick Starting Manual Sick LMS 200, online Operation Manual Pioneer Robot, online Operation Manual Gripper, online Operation Manual Katana Arm, online PDFs zum download auf der Übungs-Webseite Robotics Wiki am IST 29

30 Cooles Beispiel 30

31 Fragen? 31