Den Traum, dass Maschinen menschliche Fähigkeiten besitzen und insbesondere menschlich handeln können, gibt es schon lange. Man denke an die vielen Science-Fiction Romane, in denen immer wieder intelligente, menschenähnliche Systeme auftreten, wenn auch meistens als böswillige Aggressoren. In der mobilen Robotik arbeitet man an Entwicklungen, um Roboter Aufgaben zukommen zu lassen, die bisher nur von Menschen ausgeführt werden konnten. Roboter gewinnen zunehmend an Bedeutung in Industrie- und Dienstleistungsbereichen. Dabei bilden die so genannten Roboterfahrzeuge eine wichtige Klasse. Für diese Roboter wird unter anderem gefordert, dass sie sich selbständig in einer unbekannten realen Umgebung bewegen und Aufträge ausführen können. „Um einen Roboterfahrzeug mit autonomen Fähigkeiten auszustatten, ist es das grundsätzlichste Problem, den Roboter in seiner Umgebung an-hand von Sensor-Daten zu lokalisieren. Roboterfahrzeuge haben Computer eingebaut, die ihnen dezentrale Intelligenz geben, und Sensoren, die die Grundlage der selbständigen Entscheidungsfindung sind.“
Inhaltsverzeichnis
- Inhaltsverzeichnis
- Einleitung
- Aufgabenstellung
- Bestandteile des Roboterfahrzeugs
- Robotergestell (Plattform)
- Beschaltung der Bestandteile
- Mikrocontroller
- Eigenschaften des PK2100
- Technische Daten des PK2100
- Einsatz des PK2100
- Optosensoren
- Technische Daten des OPB718
- Funktionsweise des OPB718
- Steuerungskonzept auf Basis der Optosensoren
- Multiplexer
- Belegung
- Funktionsweise
- Beschaltung
- Motorverstärker-Karten
- Technische Daten
- Verstärkerschaltung
- Funktionsweise
- Verstärkungseinstellung
- Strom- und Spannungsversorgung
- Getriebemotoren
- LED-Anzeige-Karte
- Regelung des Roboterfahrzeugs
- Grundlagen der Regelungstechnik
- P-Regler
- l-Regler
- Pl-Regler
- PID-Regler
- Berechnung der PID-Regler-Koeffizienten mit Ziegler- Nichols- Methode
- Digitale Filterung der Messwerte
- Filterung
- Digitale Filter
- Messwerte der Optosensoren
- Filterentwurf
- Überblick
- Vorüberlegungen
- Bestimmung der Grenzfrequenz
- Berechnung der Filterkoeffizienten
- Echtzeitsysteme
- Betriebssystem
- Multitasking
- Task
- Multitasking Betriebssystem
- Taskverwaltung
- Speicherverwaltung
- Kommunikation zwischen Tasks
- Echtzeitsysteme
- Programmierung
- Programmiersprache „Dynamic C"
- „Dynamic C"- Installation
- Programmierung des Mikrocontrollers PK2100
- C-Programm
- Liste der Variablennamen
- Struktogramme der Module
- Programm
- kommentiertes Programm
- Literaturverzeichnis
- Fazit
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die Diplomarbeit befasst sich mit der Steuerung eines Roboterfahrzeugs, das einer weißen Linie auf einer schwarzen Oberfläche oder einer schwarzen Linie auf einer weißen Oberfläche folgen soll. Ziel ist es, ein C-Programm zu entwickeln, das die Geschwindigkeit der Motoren regelt, die Messwerte der Optosensoren digital filtert und das Programm in Echtzeit durch ein Multitasking-Betriebssystem ausführt.
- Steuerung eines Roboterfahrzeugs
- Regelung der Geschwindigkeit der Motoren
- Digitale Filterung von Sensor-Messwerten
- Echtzeit-Programmierung mit Multitasking
- Anwendung von Regelungstechnik und digitaler Signalverarbeitung
Zusammenfassung der Kapitel
Die Einleitung führt in die Thematik der mobilen Robotik und die Bedeutung von Roboterfahrzeugen ein. Kapitel 4 beschreibt die einzelnen Bestandteile des Roboterfahrzeugs, wie das Gestell, die Mikrocontroller-Karte, die Optosensoren, die Multiplexer, die Motorverstärker-Karten und die Stromversorgung. Es werden die Funktionsweisen und technischen Daten der Komponenten detailliert erläutert. Kapitel 5 befasst sich mit der Regelung des Roboterfahrzeugs. Es werden die Grundlagen der Regelungstechnik, verschiedene Reglertypen (P-, Pl- und PID-Regler) und die Berechnung der Reglerparameter mit der Ziegler-Nichols-Methode vorgestellt. Kapitel 6 behandelt die digitale Filterung der Messwerte der Optosensoren. Es werden verschiedene Filtertypen und ihre Funktionsweisen erläutert, sowie der Entwurf eines Tiefpassfilters für die Filterung der Regeldifferenzen. Kapitel 7 gibt einen Überblick über Echtzeitsysteme und deren Eigenschaften. Es werden die Aufgaben eines Betriebssystems, das Multitasking-Konzept und die verschiedenen Aspekte der Taskverwaltung, Speicherverwaltung und Kommunikation zwischen Tasks erläutert. Kapitel 8 beschäftigt sich mit der Programmierung des Roboterfahrzeugs. Es werden die Programmiersprache „Dynamic C", die Installation und die Programmierung des Mikrocontrollers PK2100 beschrieben. Das C-Programm wird detailliert erläutert, inklusive der Variablennamen, Struktogramme der Module und einem kommentiertes Programm. Abschließend wird im Fazit eine Zusammenfassung der Ergebnisse der Diplomarbeit gegeben.
Schlüsselwörter
Die Schlüsselwörter und Schwerpunktthemen des Textes umfassen die Steuerung eines Roboterfahrzeugs, die Regelung der Geschwindigkeit der Motoren, die digitale Filterung von Sensor-Messwerten, die Echtzeit-Programmierung mit Multitasking, die Anwendung von Regelungstechnik und digitaler Signalverarbeitung, sowie die Verwendung von Mikrocontrollern, Optosensoren, Multiplexern und Motorverstärker-Karten. Die Diplomarbeit präsentiert die technischen Details und das C-Programm zur Steuerung des Roboterfahrzeugs, sowie die theoretischen Grundlagen der verwendeten Methoden.
- Quote paper
- Houssaine Lehna (Author), 2004, Steuerung eines Roboterfahrzeugs, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/54170
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