Robotergestützte Generierung realitätsnaher Fahrzeugbewegungen für den Entwurf und die Validierung adaptiver Lichtsysteme

Transkript

1 Universität Dortmund Projektgruppe RoboVAL (Wintersemester 2006/07) Robotergestützte Generierung realitätsnaher Fahrzeugbewegungen für den Entwurf und die Validierung adaptiver Lichtsysteme Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik Lehrstuhl für Regelungssystemtechnik Univ.-Prof. Dr.-Ing. Prof. h.c. Torsten Bertram Agenda Gesamtprojekte Definition der Arbeitspakete Integration der Teilprojekte Zeitliche Planung Arbeitsorganisation 1

2 Forschungsschwerpunkte der Betreuer Alexander Opfermann, Raum P , Durchwahl 3592 Adaptive Fahrzeugmodelle (Fahrzeugdynamiksimulation, Regelungssysteme im Fahrzeug) Modellunsicherheiten, echtzeitfähige Zustands- und Parameterschätzung Adaptive Leuchtweiteregelung Mykhaylo Ruderman, Raum P , Durchwahl 3762 Nichtlineare Effekte in Robotergelenken (Reibung, Backlash, Elastizität) Robotermodellierung und -simulation Harmonic Drive Transmission (Übertragungsgenauigkeit) Fahrzeugbewegungen Fahrzeugschwerpunkt 3 Translationen x z y ψ' Gieren z' Hub Fahrzeugaufbau 3 Translationen 3 Rotationen Scheinwerfer 3 Translationen 3 Rotationen x' Zucken ϕ' Wanken z O y O x O x'' y' Schieben θ' Nicken z'' ψ'' θ'' y'' ϕ'' 2

3 Adaptive Lichtsysteme Leuchtweiteregelung Statische LWR für alle Fahrzeuge Dynamische LWR für Fahrzeuge mit Xenon- Scheinwerfern gesetzlich vorgeschrieben Statisches Kurvenlicht ab 2002 Einschalten einer zusätzlichen Lampe Geschwindigkeiten bis 50km/h und enge Kurven Adaptive Lichtsysteme Dynamisches Kurvenlicht ab 2003 Schwenken des gesamten Lichtkegels um bis zu 15 Vergrößerung der Sichtweite bis zu 50% Variables Intelligentes Lichtsystem (VARILIS) ab 2006 Sensorgesteuertes automatisches Umschalten zw. Lichtfunktionen Geschwindigkeit, Witterung, Kurven-, Autobahn- und Landstraßenfahrt 3

4 Scheinwerfermodule Testen adaptiver Lichtfunktionen 1. Model-/Software-in-the-Loop Reine Simulation von einzelnen bzw. allen Elementen 2. Hardware-in-the-Loop Einzelne Elemente sind als Hardware vorhanden 3. Feldtest / Fahrversuch Umgebung Die Software und alle Systemkomponenten werden in realem Fahrzeug getestet Fahrer Fahrzeug Sensoren Software Aktuatoren Scheinwerfer 4

5 Fahrversuch 1. Algorithmen als Simulink-Modelle Ausführbare graphische Modelle 2. Upload auf Rapid-Prototyping-System MicroAutoBox und ControlDesk von dspace Echtzeitfähig (Abtastzeit bis 1 Millisekunde) 3. Reales Fahrzeug mit Zielhardware Kommunikation über CAN-Schnittstelle 4. Durchführung von Versuchsfahrten Nachtfahrten Wechselnde Umgebungsbedingungen Problem der Wiederholbarkeit Hardware-in-the-Loop Fahrer Fahrzeug Sensor Umgebung Software Aktuatoren Scheinwerfer 5

6 Hardware-in-the-Loop Fahrermodell Fahrzeugmodell Sensormodell Software Aktuatoren Scheinwerfer Hardware-in-the-Loop Fahrermodell Fahrzeugmodell Sensormodell Software Aktuatoren Umgebungsmodell Umgebungsmodell Verstelleinrichtung Scheinwerfer 6

7 Hardware-in-the-Loop Bisherige Verstelleinrichtung θ'' Zukünftige Verstelleinrichtung z'' ψ'' ϕ'' θ'' Arbeitspakete / Gruppen G1 Fahrzeugsimulation G2 Robotermodellierung und Emulation der Fahrzeugbewegung G3 G4 Ansteuerung des Robotersystems Entwurf und Aufbau des Frontends G5 Algorithmen zur Ansteuerung der Scheinwerfer G6 Bewertung und Optimierung adaptiver Lichtfunktionen 7

8 G1 Fahrzeugsimulation 1. Definition der Schnittstellen zum Roboter und zum Scheinwerfer 2. Berücksichtigung der Beschränkungen von Bauraum und Dynamik seitens des Roboters 3. Generierung fahrdynamischer Größen mit CarMaker und einem eigenen Fahrzeugmodell unter Matlab / Simulink 4. Modellierung von unter realen Bedingungen auftretenden Ungenauigkeiten 5. Funktionsnachweis am Robotermodell und am realen Roboter G2 Robotermodellierung und Emulation der Fahrzeugbewegung 1. Modellierung der direkten und inversen Roboterkinematik (analytische und numerische Lösungsverfahren) 2. Untersuchung der Singularitäten und Festlegung des Roboterarbeitsraums 3. Definition der zulässigen Eingangssignalbereiche ausgehend von der Roboterdynamik 4. Simulation der Bewegungsprofile aus der Fahrzeugssimulation in Matlab / Simulink unter Einbettung von VRML 8

9 G3 Ansteuerung des Robotersystems 1. Funktionalitätsanalyse einer Industrieroboter-Steuerung 2. Entwurf und Implementierung einer XMLbasierten Kommunikationsschnittstelle mit der Anbindung an die Matlab / Simulink Umgebung 3. Definition der Signal- und Datenformate und Implementierung der Schnittstellen 4. Integration der Modelle am Roboterzielsystem und Koordinierung der Roboteransteuerung G4 Entwurf und Aufbau des Frontends 1. Definition der Anforderungen an die Gestaltung des Frontends 2. Entwurf und Konstruktion der Tragstruktur, der mechanischen Verbindung zum Endeffektor, der Befestigung der Scheinwerfer und eines inertialen Messsystems 3. Auswahl und Bestellung der Materialien, Organisation der Bearbeitung mechanischer Komponenten 4. Aufbau und Inbetriebnahme der Hardware und des Messsystems 5. Sicherheitskonzept 6. Aufbau einer Projektionsfläche 9

10 G5 Algorithmen zur Ansteuerung der Scheinwerfer 1. Herstellen der hardwaretechnischen Verbindungen und Erstellung der Softwareschnittstellen (CAN-Anbindung) zum Scheinwerfer 2. Festlegung der Eingangssignale aus der Fahrzeugsimulation und Einlesen in die MicroAutoBox 3. Synchronisierung von Scheinwerfer- und Roboteransteuerung 4. Algorithmenentwicklung (Dynamische Leuchtweiteregelung, Kurvenlicht) 5. Design-Parameter zur Anpassung der Eigenschaften einer Funktionalität 6. Überprügung der Algorithmen am realen Roboter G6 Bewertung und Optimierung von Lichtfunktionen 1. Einarbeitung in das Lichtempfinden des menschlichen Auges 2. Entwicklung von Bewertungskriterien für adaptive Lichtfunktionen 3. Bestimmung optimaler Design-Parameter durch Online-Optimierung mittels evolutionärer Verfahren und einer Gütebewertung durch den Menschen 4. Entwurf eines Experimentes zur objektiven Bewertung der entwickelten Funktionen 5. Überprüfung des Konzeptes anhand einer Studie mit mehreren Versuchspersonen am Experimentalsystem 10

11 Integration der Teilprojekte Bewegungsgrößen, Arbeitsraum, zulässige Dynamik G1 G2 G6 Ansteuersignale Eingangssignale Bewertungskriterien, Design-Parameter G3 Synchronisierung der Stellgrößen G5 Montage, Beanspruchung, Messsystem G4 Zeitliche Planung Umfang der Arbeit: 250 Stunden in einem Semester Ablauf: Einarbeitungszeit / Literaturrechere (ca. 4 Wochen) Treffen zur Kurzpräsentation (10 Min/Gruppe) Bearbeitung der Arbeitspakete (bis Ende Februar) Integration der Teilprojekte (bis Ende März) Vorführung des Experimentalsystems (Anfang April) Abschlusspräsentationen der Gruppen (10 Min/Gruppe) 11

12 Projektmanagement Vielzahl von Schnittstellen zwischen den Gruppen und große Teilnehmerzahl Projektkoordinator (wechselt monatlich, jede Gruppe) Aufgaben: Ansprechpartner für die Betreuer (M.Ruderman, A.Opfermann) Ansprechpartner für die Projektgruppe Regelmäßige Rückmeldung zum Stand der Aktivitäten Projektübergreifende Aufgaben (z.b. Dateimanagement, Terminfindung, ) Versionsverwaltung von Dateien Während des Projektes arbeiten viele Personen an einer großen Aufgabe. Es entstehen viele Dateien (z.b. Simulin- Modelle oder Anleitungen), an denen mehere Gruppen arbeiten. Softwaretool Tortoise SVN über Netzwerk bietet Zugriff für alle Teilnehmer der Projektgruppe von jedem Arbeitsplatz am Lehrstuhl zu jeder Zeit über Lehrstuhlnetzwerk Es gibt eine Ordnerstruktur für alle Gruppen Es wird immer mit der aktuellsten Version einer Datei gearbeitet Dateien werden inkrementell mit Kommentar gespeichert Schutz vor Datenverlust Überblick über den Stand der Arbeiten Notwendige Vorbereitungen: Erstellung einer vorläufigen Ordnerstruktur 12

13 EDV Zugangsdaten zum RST-Netzwerk Benutzername: Login: Arbeitsverzeichnis Laufwerk Z:\ bzw. SVN-Verzeichnis (noch nicht festgelegt) adresse der Projektgruppe Sonstiges Tätigkeitsprotokoll dienst/de/content/lehre/wintersemester/projektgruppe_ws.html Downloads Arbeitssicherheit Vor Beginn der praktischen Tätigkeiten Einweisung durch Herrn Limhoff Roboternutzung Durch die betreffenden Gruppen (hauptsächlich Gruppe 3) zu vorher festgelegten Zeiten 13

14 Universität Dortmund Vielen Dank für Eure Aufmerksamkeit! Fragen? 14