Projekte.HuBoTUC (Struktur)


HuBoTUC (humanoid robots of technical university of clausthal)

Weiterentwicklung der Hard- und Software humanoider Roboter. Aufgaben für Bachelor-, Projekt-, Studien- oder Diplomarbeit.
ENTRY:Aufgaben
(versteckt)

Zielstellungen für die kommenden 6 Monate

Prioritäten in der aufgelisteten Reihenfolge
  1. bidirektionale Datenfunkverbindung zum PC über den Treiber für serielle Schnittstellen; Ausbau auf ein Kommunikationsnetzwerk von mindestens 4 Rechnern und 4 Robotern
  2. Servo-Ansteuerung mit Rücklesen von Servo-Informationen; Servodeaktivierung bei Zerstörungsgefahr; Nachfolgeziele: gut synchronisierte, ruckfreie Servobewegung; Untersuchung, wie gut sich aus den ausgelesenen Servoströmen auf die aktuellen Stellkräfte schließen lässt
  3. Feststellung von groben Bewegungsanomalien (Roboter umgefallen, mit Hindernis kollidiert etc.) mit dem Beschleunigungssensor; Fortsetzung: Ausregelung von feinen Bewegungsanamalien, insbesondere der Schwingungen beim Laufen über posenabhängige Regelkreise
  4. Konzeption einer Bewegungsbibliothek
    • Zusammenstellen einer Menge von Posen (Servostellungen für sinnvolle Roboterhaltungen)
    • Aufstellung der Nachfolgerelation (Zusammenstellen aller zulässigen Folgeposen
    • plus Kostenparameter für den Zeitaufwand)
    • Wegeempfehlung im Posenraum: Berechnung des optimalen Wegs von einer Quellpose
    • zu einer Zielpose (TSP traveling salesman problem)
    • Zuordnung von 3D-Schwerkraftrichtung und Toleranzbereich zu den Posen zur Erkennung von groben Bewegungsanomalien
    • Entwicklung von Notfallstrategien für Anomalien (auf den Rücken gefallen, auf den Bauch gefallen, unterschiedliche Kollisionssituationen mit Hindernissen etc.)
    • Zuordnung von Regelkreisstrukturen und Parameter zu Posen (welche Servos sind mit welchen Parametern zu regeln)
  5. Positionsbestimmung der Roboter mit einer Deckenkamera: Ortung der Roboter über synchron zur Bildaufnahme geschaltet Leuchtdioden auf beiden Schultern; Lichpunktdetektion über Differenzbildmethode; Zuordnung der Lichtpunkte zu Positionsleuchten über Lichtschnittechnik; Synchronisation und Positionsweitergabe über Funk (Kamera als Funknetzmaster?)
  6. PC-Steuersoftware: Übergeordnete Steuerung der Roboteraktionen in Form eines Wege- und Zeitplans im Posenraum; die Posen seinen in der ersten Version Aufzählungsgröße, z.B. "stehen1-arme-unten", "run-P1", "run-P2" etc., eine Parametrierung oder eine Zerlegung in kartesische Produkte könnte in späteren Versionen erstrebenswert sein; ein einfacher Wegeplan ist eine Folge von Posen, ein komplexer Wegeplan soll zusätzlich für Ausnahmesituationen (z.B. Roboter auf den Bauch gefallen) die Alternativstrategie (im Beispiel wiederaufstehen) vorgeben; Kommunikation über den Treiber der seriellen Schnittstelle; Datenübertragung vom PC zum Roboter: Änderung des Wege- und Zeitplans; Datenrückgabe vom Roboter an seinen Steuerrechner: abgearbeitete Schritte, Abweichungen vom Plan incl. eingeleiteter Ausnahmebehandlungen; die eigene Position und Orientierung im normalen Raum sowie die der übrigen liefert die Deckenkamera

Zielvorgabe für die nächste Version der Steuerelektronik

  • Funkmodule mit FPGA-Ansteuerung
  • Servoransteuerung über serielle Schnittstelle
  • 2 Schulter-LEDs
  • Beschleunigungssensor
  • relativ geringe Anforderungen an die Rechenleistung und die Speichergröße
  • Anschluss der Kopfleuchtdiode
  • akustische Ausgabe (wie in der jetzigen Version / Voice-Modul / MP3-Player)
  • serielle, besser über usb getunnelte serielle Schnittstelle
  • optional 4/6-polige Erweiterungsstecker für weitere Digitalsensoren, Mikrokontroller mit Sensoren etc.

Anmerungen:
  • noch keine Kameraschnittstellen
  • keine analogen Eingänge

  • die Spartan2-400-FPGAs und die 4MBit-Speicher sollten ausreichen;
  • der Atmel ist nicht erforderlich; zwei gestapelte Platinen sind o.k
* Datenübergabe: Kopie des Wegeplans im Posenraum für des Sollverhalten
Inhalt und Ziele
Humanoide Roboter vom Typ Robonova werden zu interaktiv steuerbaren Agenten weiter entwickelt. Die Mikroprozessorsteuerung der Originalroboter wird durch eine FPGA-Baugruppen ersetzt, auf der u.a. ein MicroBlaze als Prozessor einprogrammiert wird. Weitere geplante Zusatzfunktionen der Hardware sind ein 3D-Beschleunigungssensor zur Lageerkennung, kamerabasierte Positionserkennung und ein echtzeitfähiges Funknetz für den Datenaustausch. Es sind Aufgaben aus den Bereichen Schaltungsentwurf, VHDL-Programmierung, C-Programmierung, Entwurf von Bewegungen bis hin zur normalen Softwareentwicklung für PC zu vergeben.

Fotos vom Informatik-Sommerfest 2009
HuBoTUC Neue Hardware

Themenvergabe für Studienleistungen

Die Roboter bieten zahlreiche Möglichkeiten, um das im Studium erworbene Wissen, z.B. auf den Gebieten Hardwareentwurf, Programmierung, Regelungstechnik, Messtechnik und Bildverarbeitung praktisch anzuwenden. Interessenten finden hier die als nächstes geplanten Entwicklungsaufgaben. Wer neu ist, bekommen in der Regel erst einmal fertig aufgebaute Hardwarebaugruppen bzw. Roboter mit funktionierenden Testprogrammen zum ausprobieren. Die erste Teilaufgabe ist immer die Formulierung einer persönlichen Zielstellung, die den eigenen Vorkenntnissen und dem Umfang der Studienleistung, die erbracht werden soll, Rechnung trägt. Weitere Auskünfte gibt es zu den betreuten Übungszeiten .

Teilprojekte und Dokumentationssammlungen

Abgeschlossene Arbeiten

Aufgaben in Arbeit


Autor: gkemnitz, Letzte Änderung: 18.04.2011 16:00:06


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