I N H A L T • Mobile Robots • fischertechnik Mobile ... - Vorlesungen

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I N H A L T • Mobile Robots • fischertechnik Mobile ... - Vorlesungen

I N H A L T

x Mobile Robots

x fischertechnik

Mobile Robots

x Der Baukasten

x Einführungsbeispiel

Schiebetür

x Wichtige Tips


Willkommmen zur „Mobile Robots“ online Dokumentation von fischertechnik

x Kurz zur Handhabung dieser „online Dokumentation“:

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Klickt man auf die Überschriften des Inhaltsverzeichnisses, kommt man in das

entsprechende Kapitel. Diese Online-Dokumentation bietet noch viele eigene

Navigationsmöglichketen. Einfach in die Menüleiste klicken und selber ausprobieren.

fischertechnik wünscht viel Spaß.


Mobile Robots

Aus unserer modernen High Tech Welt

sind Roboter nicht mehr wegzudenken.

Der Einsatz sogenannter Serviceroboter

z.B. zur Unterstützung der Produktion in

verschiedenen Bereichen der Industrie

ist weit verbreitet.

Wie vielfältig der Einatzbereich von

mobilen Robotern sein kann, zeigt die folgende

Abbildung.

Es handelt sich hier um einen Fahrroboter

des Fraunhofer Instituts für Produktionstechnik

und Automatisierung in Stuttgart.


Als Info-Mobil zeigt er Besuchern den richtigen Weg durch das Institut. An seinem

Touch -Screen kann man zahlreiche Informationen abrufen. Bestens geeignet ist so

ein Roboter z.B. auch als Museumsführer.

Roboter werden aber auch bei körperlich schweren oder gefährlichen Tätigkeiten z.B.

in Atomkraftwerken oder in verseuchten Gebieten eingesetzt. Solche Einsatzgebiete

verlangen ein hohes Maß an Bewegungsfähigkeit. „Mobilität“ und „Selbständiges

Handeln“ sind hier die wichtigsten Schlagworte. Die Bewegungen der Roboter werden

entweder ferngesteuert oder mit Hilfe eines Computers programmiert.

Eine besondere Herausforderung stellt die Entwicklung von computergesteuerten Laufrobotern

dar. Hierbei wird versucht, diesen Maschinen verschiedene Gangarten beizubringen.

Man orientiert sich dabei vorzugsweise an den Gangarten der Insekten. Der

Vorteil von Laufmaschinen im Vergleich zu Radfahrzeugen liegt vor allem in der besseren

Beweglichkeit im unwegsamen Gelände und beim Überwinden von Hindernissen.


Die ersten ernsthaften Versuche bei der Entwicklung von Laufmaschinen entstanden

1967 an einer Universität in Tokio. Erstmals orientierte man sich an Stelle von Insekten

bzw. Wirbeltieren an der menschlichen Gangart. Die ständige Weiterentwicklung dieser

Versuche führte 1985 zu der ersten zweibeinigen Laufmaschine. Die Geschwindigkeit

der Bewegungen war allerdings noch sehr langsam. Der Star unter den heutigen zwei-


einigen Robotern ist der sogenannte Wabot-2

Roboter. Er ist ausgestattet mit 50 Freiheitsgraden

und 78 Mikroprozessoren. Mit Hilfe

einer CCD Kamera kann er Noten lesen,Orgel

spielen und er kann sich sogar mit jemandem

unterhalten.

An der Königlichen Militärakademie in Brüssel

wurde unter Prof. Y. Baudoin der elektropneumatische

Laufroboter mit sechs Beinen „Achille“

entwickelt und gebaut. Ausgestattet mit einer

Kamera sowie optischen Näherungssensoren

oben und an den sechs Beinen, soll dieser

Roboter mechanisch auf erhöhte oder vertiefte

Hindernisse (Gegenstände oder Löcher) reagieren.


Das derzeit bekannteste Robotermdell

ist momentan auf dem Mars

zu beobachten.

Der „Rover Sojourner“ ist ein

selbststeuernder Roboter, der zur

Oberflächenerkundung des Mars

eingesetzt wird. Er ist ca. 11,5 KG

schwer, hat die Größe einer Milchkiste

und wird von sechs Rädern

angetrieben. Die Energieversorgung

des Gerätes, welches wissenschaftliche

und technische Experimente durchführen soll, erfolgt durch Solarzellen.

Für die Nacht und bei wenig Sonne wird das System durch Batterien unterstützt. Er ist

mit Sensoren und Kameras ausgestattet und kann sich so auf dem ihm unbekannten

Gelände selbständig seinen Weg suchen, und auch Hindernissen ausweichen.


Die zukünftige Entwicklung wird sich verstärkt auf Roboter mit Selbststeuerung konzentrieren.

Die Einsatzgebiete sind dort, wo auszuführende Handhabungsvorgänge nicht

vorab programmierbar sind, wenn sich Veränderungen des Umfeldes ergeben, die

nicht vorhersehbar sind. Diesen Anforderungen wird bis heute allerdings nur der

Mensch gerecht. Gründe dafür sind mangelnde künstliche Intelligenz, nicht ausreichende

Speicher-und Prozessorkapazitäten, und begrenzte Fähigkeiten von

Sensorensystemen.

fischertechnik Mobile Robots

Maschinen und Robotermodelle konstruieren, am PC die Steuersoftware dafür schreiben

und das Ganze in Bewegung setzen - was sich so kompliziert und technisch

anhört, wird mit fischertechnik zum faszinierenden und kreativen Hobby.

MOBILE ROBOTS - der Name ist Konzept, denn erstmals ist in einem Konstruktionsbaukasten

ein intelligentes Interface für den Home- und semiprofessionellen Bereich


enthalten. Am PC können mit der Windows-Software LLWIN - Lucky Logic für

Windows - Programme für die mobilen Robotermodelle erstellt werden. Diese

Programme werden über die serielle Schnittstelle auf das neue „Intelligent Interface“

mit eigenem Mikroprozessor geladen. Das Interface, eingebaut im Modell, kann vom

PC abgekoppelt werden und ist in der Lage, die Modelle autonom zu steuern. Kein

lästiges Verbindungskabel zwischen Modell und PC stört die Bewegungsfreiheit der

Modelle, die „wie im richtigen Roboterleben“ auf Hindernisse oder unterschiedliche

Helligkeit reagieren können.

Der Baukasten

Der Baukasten enthält zahlreiche fischertechnik-Teile, Motoren und Sensoren zum Bau

von insgesamt acht Modellen. Die drei stationären Einführungsmodelle Schiebetür,

Impulszähler und Stanze ermöglichen dem Einsteiger, sich mit den Bauteilen, der

Software und dem „Intelligent Interface“ vertraut zu machen. Diese Modelle sind

einfach und schnell aufzubauen, die Anwenderprogramme dazu unkompliziert und

leicht zu durchschauen.


Die fünf mobilen

Roboter MR1 bis

MR5 sind für

unterschiedliche

Aufgaben konzipiert:

MR1, das Basismodell

mit zwei

Motoren und zwei

Tastern zur Wegmessung

kann vorher

programmierte

Strecken vorwärts,

rückwärts, nach

links und rechts

zurücklegen.


MR2 erkennt mit

seiner Stoßstange

Hindernisse und

kann ihnen ausweichen.


MR3 erkennt

Abgründe, z.B.

Tischkanten. So

kann er auf einem

Tisch herumfahren,

ohne hinunterzufallen.


MR4 fährt immer

einer Lichtquelle

nach, z.B. einer

Taschenlampe, mit

der er angeleuchtet

wird.


MR5 ist in der

Lage, auf einer

schwarzen Spur,

die sich auf einem

weißen Untergrund

befindet,

(z.B. schwarzes

Isolierband oder

schwarzer Filzstift),

entlangzufahren.


Wie die Modelle zusammengebaut und verkabelt werden, ist ausführlich in der

gedruckten Bauanleitung beschrieben.

Die Software LLWIN 2.1 mit Beispielprogrammen für jedes Modell, sowie die

Handbücher für LLWIN und das „Intelligent Interface“ befinden sich auf der vorliegenden

CD-ROM.

Mit den Modellen, die man aus diesem Baukasten bauen kann, ist aber das Thema

Mobile Robots längst nicht erledigt. Mit zusätzlichen fischertechnik Bauteilen können die

Modelle erweitert werden. Außerdem lassen sich mit der Software LLWIN zahlreiche

eigene Programmideen verwirklichen.


Einführungsbeispiel Schiebetür

Nun bauen wir das Einführungsmodell Schiebetür, schließen es am PC an und nehmen

es in Betrieb.

Damit wollen wir Dir den Einstieg in die fischertechnik-Computing-Welt erleichtern

und die Zusammenhänge zwischen fischertechnik-Modell, Interface und Software,

sowie den Unterschied zwischen Aktiv- und Passiv-Modus deutlich machen.

Baue zunächst das folgende Modell Schiebetür und schließe die Kabel und Stecker

wie beschrieben am Interface an. Das Modell ist übrigens auch in der gedruckten

Bauanleitung beschrieben.


Schaltplan


Verbinde nun das Interface über das Schnittstellenkabel mit einer freien seriellen

Schnittstelle des PC (COM1oder COM2).

Sollte der Stecker des Schnittstellenkabels nicht an Deinen PC passen, weil sich dort nur

ein 25-poliger Stecker befindet, mußt Du Dir im Computerfachhandel einen Adapter

besorgen.

Starte die Software LLWIN, die bereits auf dem PC installiert ist, und rufe im Fenster

Datei - Öffnen das Projekt „tuer.mdl“ aus dem Verzeichnis „mobil“ auf.

Im Fenster Optionen - Interfaceeinstellung kannst Du bei „Schnittstelle“ die verwendete

COM-Schnittstelle (COM1-COM2) auswählen.


Im Fenster Optionen - Interfacediagnose kannst Du prüfen, ob das Interface vom Rechner

angesteuert wird, und ob der Motor, die Lampe und die Sensoren richtig angschlossen

sind. Mit der linken Maustaste kannst Du die Motoren nach links, mit der rechten

Maustaste nach rechts einschalten.


Funktionieren die Motoren nicht, bzw. erscheint am Bildschirm die Meldung

„Keine Verbindung zum Interface“ prüfe folgende mögliche Fehlerquellen:

x Stromversorgung am Interface angeschlossen (rote LED brennt)?

Mit dem Taster „Power on/off“ kannst Du die Batteriestromversorgung

am Interface unterbrechen.

x Schnittstellenkabel eingesteckt?

x In „Interfaceeinstellung“ richtige Schnittstelle ausgewählt?

x Läuft auf dem Interface noch ein Programm im Aktiv-Modus?

Durch kurzzeitiges Unterbrechen der Stromversorgung kann das Programm

auf dem Interface gelöscht werden.

Wenn alles richtig funktioniert, startest Du das Programm mit Run - Start. Das

Programm läuft nun im sogenannten Passiv-Modus, in dem das Interface ständig

mit dem PC in Verbindung bleibt.


Die Schiebetür wird zunächst geschlossen. Wenn die Lichtschranke unterbrochen wird,

öffnet sich die Tür. Sie bleibt eine bestimmte Zeit offen und schließt sich dann automatisch

wieder. Am Terminal wird der aktuelle Zustand der Tür angezeigt.

Das Programm kann mit Run - Stop oder beendet werden.

Starte das Programm erneut, mit Run - Aktiv-Modus.

Jetzt wird das Programm auf das Interface geladen. Am Bildschirm erscheinen keine

aktuellen Anzeigen mehr. Dafür kann das Interface jetzt vom PC abgekoppelt werden.

Das Programm läuft weiter. Um das Programm anzuhalten, drücke den Taster rechts

am Interface, der an E8 angeschlossen ist, und den Softwarebaustein RESET auslöst.

Läßt man den Taster wieder los, startet das Programm von vorne.

Mit dem zweiten Taster „Power on/off“ links am Interface wird die Stromversorgung

unterbrochen, wenn das Interface vom Batteriehalter gespeist wird. Dadurch wird

das Programm auf dem Interface gelöscht, und das Interface befindet sich wieder im

Passiv-Modus. Erst jetzt kann ein neues oder geändertes Programm auf das Interface

geladen werden bzw. ein Programm im Passiv-Modus gestartet werden.


Wichtige Tips:

x Will man vom Aktiv-Modus in den Passiv-Modus zurückkehren, oder ein neues Programm

auf das Interface laden wenn bereits ein Programm darauf läuft, muß man

kurz die Stromversorgung unterbrechen. Damit kehrt das Interface in den Passiv-Modus

zurück. Erst jetzt kann ein neues Programm auf das Interface geladen werden.

x Stationäre Modelle wie diese Schiebetür betreibt man sinnvollerweise im Passiv-

Modus. Das Verbindungskabel zum Rechner stört nicht, und der Bildschirm kann als

Anzeigeinstrument genutzt werden.

x Mobile Roboter hingegen wird man natürlich im Aktiv-Modus betreiben, da sich

echte Mobilität erst durch das Abkoppeln vom Rechner verwirklichen läßt.

x Die Kapazität des Mikroprozessors auf dem Interface ist begrenzt. Im Aktiv-Modus

kann es ab einer Programmgröße von ca 80 Bausteinen vorkommen, daß schnelle

Zählimpulse (z.B. von einem Impulsrad) nicht mehr korrekt erfaßt werden. Sehr große

Programme sollten deshalb im Passiv-Modus abgearbeitet werden.


Soviel als Einführung in die Computing -Welt von fischertechnik. Und nun los! In der

Bauanleitung sind weitere Einführungsmodelle enthalten. Probier sie zuerst aus, bevor

Du Dich an kompliziertere Modelle wagst. Außerdem warten die mobilen Roboter

sehnsüchtig darauf, endlich die Welt außerhalb des Baukastens zu erkunden.

Abschließend würde uns interessieren, wie Dir die Bauanleitung der Schiebetür auf CD-

ROM gefallen hat, oder ob Du lieber die gedruckte Anleitung verwendest. Schreib uns

Deine Meinung!

Und nun viel Spaß mit „Mobile Robots“.

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