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Benutzer Diskussion:PICture

2008-07-10T12:24:01Z

Makarius: PIC Assembler

== PIC Assembler ==

Hi, Du hast doch 'gerade' [[PIC Assembler]] ausgebaut. Ich kann die die Vorschau sehr empfehlen, da sonst die Versionsgeschichte des Artikels unnötig aufgebläht wird. MfG: [[Benutzer:Makarius|Makarius]] 14:24, 10. Jul 2008 (CEST)

Assembler

2008-07-10T12:21:43Z

Makarius: als redirect erstellt auf PIC_Assembler

#redirect:[[PIC Assembler]]

Terminals

2008-01-21T11:15:59Z

Makarius: /* Terminalprogramme */ inpage-link

==Allgemeines zu Terminals==
Ein Terminal dient dazu, Daten, die z.B. an einen COM-Port geschickt wurden, zu empfangen, oder Daten zu versenden. Die Daten sind meist in Textform (ASCII). Es gibt Terminals ohne GUI, diese laufen dann z.B. in einer Konsole, oder welche mit GUI. Siehe dazu

Man kann ein Terminal u.a. für folgendes verwenden (neben dem simplen Senden und Empfangen):
* Debugginginformationen protokollieren
* Daten aufzeichnen (loggen)
* Daten auswerten

Es sind einige Terminalprogramme für die unterschiedlichsten Betriebsysteme vorhanden (siehe [[Terminalprogramm|Terminalprogramme]]).

Was hat ein Terminal mit Robotik zu tun? Eigentlich nichts. Aber wer nicht ein LCD-Display und eine Tastatur auf seinem Board eingebaut hat, ist darauf angewiesen, mit einer Terminal-Emulation Kontakt mit seinem Controllerboard aufzunehmen.

Gleich vorweg: Da kaum ein Bastler mit einem richtigen "physischen" Terminal zu tun hat, werde ich den Zusatz "Emulation" in Zukunft streichen. Das verwirrt nur und bringt nichts.
Bei so einem Terminal sind ein paar Dinge einzustellen und auf die sollte man auch achten. Häufig verwendet werden

==Terminalprogramme==
Es gibt einige bekannte Terminals mit einer GUI. Solche Programme für das Betriebssystem Windows sind u.a.:
* [[Terminals#Hyperterm Terminal|Hyperterm Terminal]]
* TTY
* HTerm

Entwicklungsumgebungen wie z.B. Bascom haben oft bereits ein Terminalprogramm (siehe [[Terminals#BasCom Terminal|BasCom Terminal]]) integriert. Dies erleichtert das Debuggen (Fehlersuche in eigenen Programmen) erheblich. Links sind im [[Terminals#Weblinks|Weblinks]] Bereich.

==BasCom Terminal==
Die Entwicklungsumgebung Bascom bringt ein eigenes, in die Entwicklungsumgebung integriertes, Terminalprogramm mit - Bascom Terminal. Die Möglichkeiten des Programms beschränken sich auf das Wichtigste.

Options » Communications

http://www.roboternetz.de/wiki/uploads/Main/basterm1.jpg

Es ist nicht viel einzustellen, die gezeigten Werte sind der Normalfall.

==Hyperterm Terminal==
Das Hyperterm Terminal wird standardgemäß mit jeder Windowsversion mitgeliefert. Es bietet auch nur Grundfunktionen, ist aber als einfaches Terminalprogramm mit GUI gut zu gebrauchen.

Nach dem Programmstart erscheint:

'''Neue Verbindung'''

[[Bild:Hyper1_v2.png]]

Da gibt man irgendeinen Namen für die Verbindung ein, z.B. "Roboternetz".

Es erscheint:
'''Verbinden mit'''

[[Bild:Hyper2_v2.png]]

Wir geben den COM-Port ein (der Port also, über den die Daten gesendet/empfangen werden sollen):

Nun können wir einige COM-Port Einstellungen wählen. Damit es zu einer Verbindung kommt müssen die gewählten Einstellungen mit den Einstellungen des Endgeräts (das über eine COM-Port Schnittstelle am Computer hängt) übereinstimmen. Sonst empfängt man nur Datenmüll oder gar nichts.

'''Anschlusseinstellungen'''

[[Bild:Hyper3_v2.png]]

* Baudrate (Bits pro Sekunde) - Beliebt ist 9600, dass muss aber mit den Einstellungen des Controllers übereinstimmen
* Datenbits - Normalerweise "8"
* Parität - Normalerweise "keine"
* Stoppbits - Normalerweise "1"
* Flusssteuerung - Normalerweise "kein"

Jetzt ist das Hyperterm soweit zufrieden, wir aber nicht.

[[Bild:Hyper4_v2.png]]

Es geht weiter bei:

===Einstellungen===

Datei » Eigenschaften » Einstellungen

[[Bild:Hyper5_v2.png]]

Interessant sind:
* Rücktaste sendet*
** CAN (Ctrl-H) --> Terminalsteuerung
** DEL --> Terminalsteuerung

'''Emulation'''
wird hier Verschiedenes angeboten
* Auto Detect
* TTY
Solange man nur "print" und "input" sagt, ist dies völlig ausreichend.

* VT100 / VT220 und evtl. andere
Diese Typen verstehen die normalen "ANSI-Steuersequenzen" und einige mehr ANSII-Sequenzen.

Das reicht, um mit dem Roboter (oder einem anderen Endgerät) kommunizieren zu können.

===ASCII-Konfiguration===

Um das Interesse zu wecken, einmal ein Bild der Einstellungen. Beim Thema "Terminalsteuerung" gibt es dazu mehr Information.

[[Bild:Hyper6_v2.png]]

==Terminalsteuerung ANSI==

Ein Terminal bietet aber auch einiges mehr als das, was bei der allgemeinen Terminalsteuerung besprochen wurde.

* Volle Kontrolle über den Bildschirm
* Alle Tasten können verwendet werden

Dazu werden ANSI-Sequenzen verwendet (dass sind Zeichenfolgen mit ganz bestimmtem Aufbau). Und auch die werden noch von verschiedenen Herstellern um zusätzliche Funktionen erweitert. Besonders hervorgetan hat sich hier DEC (Digital Equipment Corporation) mit seinen VTxxx-Terminals. Viele Terminal-Emulationen bieten solche Typen an, wobei besonders die VT220 und aufwärts interessant sind. Aber auch schon VT100 ist ganz nett.

Die ganzen Steuersequenzen sind auch im Internet zu finden und Power-User sind gebeten, sich dort über alle Feinheiten zu informieren.

Für Mikrocontroller ist wohl einiges zu aufwendig, aber einige Möglichkeiten möchte ich hier darstellen, da man damit doch von den unleserlich schnell durchlaufenden Einzelzeilen wegkommen kann.

Nicht jeder hat die Möglichkeit, und manchmal zahlt es sich auch gar nicht aus, eigens ein graphikfähiges PC-Programm zu schreiben, um mit seinem Microcontroller Dialog zu führen, oder ein bisschen Balkengraphik zu zeigen.

Den Typ VT100 bieten BasCom und Hyperterm an, wollen wir mal sehen

===VT100===
====Was sendet das Terminal? (Auszug)====
Bei der normalen Schreibmaschinen-Tastatur ändert sich nichts. Aber die anderen Blöcke werden nun lebendig.

Nur das erste Zeichen eine Sequenz ist ein Kontrollzeichen, und zwar:
<ESC>, Code 27, die anderen sind normal lesbare ASCII Zeichen

'''Pfeiltasten'''
* Pfeil oben
<ESC>[A
* Pfeil unten
<ESC>[B
* Pfeil rechts
<ESC>[C
* Pfeil links
<ESC>[D

'''EDIT Keys'''
* Pos 1 (Home)
<ESC>[1~
* Bild rauf
<ESC>[5~
* Bild runter
<ESC>[6~

====Was kann man senden? (Auszug)====
Wie beim Empfangen. Bei den "normalen" Zeichen ändert sich nichts. Ich will auch nur einige Beispiele aufzeigen, die einen auf den Geschmack bringen sollen.

Freie Positionierung des Cursors irgendwo am Schirm:
<ESC>[''nn'';''mm''H
dabei ist
* nn die Zeilennummer 1-24
* mm die Spalternummer 1-80 oder 1-132

BasCom Beispiel, das auch der C-Programmierer versteht:
PRINT chr(27);"[01;40H";
Stellt den Cursor in die oberste Zeile, genau in die Mitte.'- (führende Nullen können sein, müssen aber nicht)-'

'''Zeichen-Attribute:'''
<ESC>[''param''m '-(das ist ein kleines "m" am Schluß)-'
Mögliche "param" sind:
* 0 = Normal
* 1 = Heller (bold)
* 4 = Unterstrichen
* 5 = Blinkend
* 7 = Reverse (dunkel auf hell bzw. umgekehrt)
Dabei können mehrere Attribute angegeben werden, dann aber mit Semikolon getrennt:
<ESC>[''param1'';''param2'';''param3''m

'''Beispiel:'''
will man bei einer Eingabe den Aufforderungstext verkehrt darstellen, sendet man
PRINT chr(27);"[7m"; ' setzt attribut "revers"
PRINT "VORNAME ?>"; ' der Text
PRINT chr(27);"[0m"; ' Attribut wieder normal

http://www.roboternetz.de/wiki/uploads/Main/Ansii_2.jpg

(Das geht natürlich auch in einem Print-Befehl auf einmal.)

'''Lösch-Befehle:'''
* Rechts vom Cursor die Zeile löschen
<ESC>[K
* Links vom Cursor die Zeile löschen
<ESC>[1K
* Vom Cursor abwärts den ganzen Schirm löschen
<ESC>[2J
* Oberhalb des Cursors den ganzen Schirm löschen
<ESC>[J

'''Beispiel:'''
Beim Programmstart als Erstes den gesamten Schirm löschen und eine Überschrift in der Mitte
PRINT chr(27);"[1;1f"; ' Cursor ganz rauf
PRINT chr(27);"[J"; ' den ganzen Schirm löschen
PRINT chr(27);"[1;38f"; ' In die Mitte der ersten Zeile
PRINT chr(27);"[7m"; ' setzt attribut "revers"
PRINT "START"; ' Überschrift
PRINT chr(27);"[0m"; ' setzt attribut normal
PRINT ' (=neue Zeile) Cursor am Anfang der zweiten Zeile

'''Anmerkung:'''
Man kann mit diesen Sequenzen einiges tun. Auch einige [[Terminal_Game_mit_BasCom|Spiele aus der Urzeit]] lassen sich damit programmieren, vor allem aber kann man z.B. Sensorwerte übersichtlich an verschiedenen Stellen des Schirms so platzieren, dass man mehrere im Auge behalten kann.

==Siehe auch==
* [[Terminal_Game_mit_BasCom]]
* [[UART]]

==Weblinks==
* http://www.der-hammer.info/terminal Terminalprogramm HTherm

''Artikel von [[User:PicNick|PicNick]], bearbeitet von Luma''

[[Kategorie:Software]]
[[Kategorie:Praxis|Terminalsteuerung]]

RN-Wissen.de Diskussion:Site support

2006-11-20T18:14:38Z

Makarius: Unterstützung durch Universitäten?

== Unterstützung durch Universitäten? ==

Universitäre Projekte (Liste natürlich unvollständig)
*[http://turing.fh-landshut.de/~robotik/wiki/index.php/ Robotik-Gruppe FH Landshut]
*[http://www.aaro.hs-weingarten.de/projekte/robocup/wiki/ RoboCup an der Hochschule Ravensburg-Weingarten]
*[http://ots.fh-brandenburg.de/wiki/ FH-Brandenburg] scheinbar nur internes
*[http://robot.informatik.uni-leipzig.de/~test/wiki/moin.cgi/ Roboter-Projekts der HGB und Uni Leipzig]
*[http://wiki.informatik.hu-berlin.de/nomads/index.php/ NOMADA - hu-berlin]
Sonstige Robotik-wikis (die nicht schon wieder komplett eingeschlafen sind - auch unvollständig)
*[http://wiki.atrox.at/index.php/ atrox.at]
*[[C't-Bot]] - jep, der hat ein eigenes Wiki bei [http://wiki.ctbot.de/index.php/Hauptseite Heise]
Hallo, einige Universitäten haben eigene, meist ziemlich kleine wiki-projekte am Laufen, die sich mit der Robotik beschäftigen. Vielleicht kann man von denen jemand dazu bewegen, das RN-wiki mit Geldern und Studenten/Mitarbeitern unterstützen und mittelfristig die deutschsprachigen Robotik-wikis zusammenzuführen. Natürlich sind von einigen Robotik-wikis die Zielsetzungen zu unterschiedlich, um sie alle zusammenzuführen, aber es ist vorteilhaft, das Wissen an einer Stelle zu sammeln, statt einige Artikel doppelt zu schreiben. Ich würde mich natürlich sehr freuen, wenn die Liste ggf. erweitert wird und gar einen eigenen Artikel hier im RN-Wiki findet. MfG: [[Benutzer:Makarius|Makarius]] 19:14, 20. Nov 2006 (CET)

Flipflop

2006-10-13T14:59:18Z

Makarius: Textdopplung entfernt (steht schon am Anfang des Abschnittes)

== Definition ==
Auch als bistabiler Multivibrator bezeichnet. Eine elektronische Schaltung, die zwischen zwei möglichen Zuständen umschaltet, wenn ein Impuls am Eingang eintrifft. Ist z.B. der Ausgang eines Flipflop High, kippt ein am Eingang empfangener Impuls den Ausgang auf Low. Ein zweiter Eingangsimpuls »flopt« den Ausgang wieder auf High, usw.

== Versionen von Flipflops ==
1. Bistabile Kippstufe
[[Bild:Bildstabile.png|thumb|Bistabile Kippstufe mit Transistoren]]

2. 2 Nand-Gates

[[Bild:nand.gif|thumb|Bistabile Kippstufe mit NAND]]

3. 2 NOR-Gates
[[Bild:norff.gif|thumb|Bistabile Kippstufe mit NOR]]

== Bitte noch ergänzen ==
-Erklärungen
-Weitere Arten

==Autor/en==
* Overthere

== Quellen ==
* http://www.iris.uni-stuttgart.de/lehre/eggenberger/ksn/9_Flipflops/NOR-FF.htm
* http://www.iris.uni-stuttgart.de/lehre/eggenberger/ksn/9_Flipflops/NAND-FF.htm

[[Kategorie:Microcontroller]]

Navigation

2006-10-13T14:56:09Z

Makarius: /* GPS */ ein bissl ausformuliert

Unter Navigation bezeichnet man das Sichzurechtfinden in einem geografischen Raum, um einen bestimmten Ort zu erreichen. Die Tätigkeit des Navigierens besteht aus drei Teilbereichen:

* Bestimmen der geografischen Position durch Ortung nach verschiedensten Methoden
* Berechnen des Weges zum Ziel und
* Führung des Fahrzeugs zu diesem Ziel, also vor allem das Halten des optimalen Kurses

Es ist also eine zentrale Aufgabe beim Bau von Robotern. Es ist sogar das Thema, das einen besonders großen Reiz auf die Bastler ausübt.

==Orientierung und Navigation==
Ein mobiler Roboter, der durch Bewegung mit seiner Umgebung in Kontakt tritt, braucht Sensoren zur Orientierung und er wird auch eine einfache Navigation durchführen.

==Orientierung in natürlicher Umgebung==
Im einfachsten Fall werden es Berührungssensoren sein, mit denen der Roboter feststellt, ob ein Hindernis direkt vor ihm oder in seiner Reichweite ist.
Auch beim Einsatz von komplexeren Sensoren zum berührungslosen Orten von natürlichen Hindernissen sind einfache Kontaktsensoren zur Unterstützung sinnvoll.
Mit diesen Sensoren kann eine Orientierung aufgebaut werden, wenn Objekte der natürlichen Umgebung erkannt und in der Position registriert werden. Sie können beispielsweise in eine Karte eingetragen werden.
Die sogenannte natürliche Umgebung ist dabei in vielen Fällen speziell im Indoor-Bereich kaum von der Natur geschaffen, es sind hier vor allem Wände, Türen, Möbel. Sie wird nur so genannt, weil sie andererseits nicht zur Orientierung geschaffen wurde.

===Ortung durch Berührung===

Üblicherweise sind das Mikro-Schalter, die über eine Stoßstange (BUMPER) den passiven oder aktiven Kontakt mit einem Hindernis erkennen.
* Aktiver Kontakt - der Robby ist beim Fahren drangestoßen (Tischbein)
* Passiver Kontakt - Irgendwas hat den Robby berührt, z.B. die Hauskatze

Den Unterschied kann der Roboter nur feststellen, wenn er seine momentane Bewegungsrichtung weiss und berücksichtigt.

Bei einfachen Systemen wird meist so vorgegangen:
:Bumper rechts: etwas nach links drehen
:Bumper links: etwas nach rechts drehen
:Beide Bumper: umdrehen

Dass man so ein primitives Verfahren nicht als Orientierung und kaum als Ortung bezeichnen kann, zeigt folgender einfache Vergleich: Stellen Sie sich vor, sie werden mit verbundenen Augen in einen Raum eingesperrt und sollen diesen durch einen Ausgang verlassen oder an einer vorgegebenen Stelle halten. Sie werden recht planlos an den Wänden entlanggehen und wahrscheinlich nicht merken, dass sie an der gleichen Stelle schon sechsmal vorbeikamen. Wenn der Raum um eine dicke Säule gebaut ist und Sie dort entlangehen, werden Sie die Türen an der Aussenwand kaum finden. Trotzdem arbeiten viele Roboter nach diesem Prinzip.

===Berührungslose Ortung===

Zur berührungslosen Orientierung an Objekten in der Umgebung kann der Roboter selbst ein akustisches oder optisches Testsignal aussenden und damit die Umgebung abtasten oder er kann sich am Bild der Umgebung orientieren. Es ist allerdings nicht ganz einfach, aus den empfangenen Signalen eine "innere" Landkarte zusammenzustellen und sich darin zurechtzufinden. Ohne so eine Landkarte ist die berührungslosen Orientierung nicht besser als ein verlängerter Arm der einfachen Kontaktschalter.

====1. Akustische Abtastung====

1.a. Akustischer Reflexkoppler

Bei der akustischen Abtastung des Raumes stellt die "Einparkhilfe" die einfachste Lösung dar. Hier wird eine Sende- und eine Empfangskapsel über einen Verstärker gekoppelt und wenn im Bereich des Sensors ein Hindernis die Kopplung zwischen beiden erhöht, dann kommt es zum Anschwingen und damit zur Anzeige eines Hindernisses. Das Verfahren ist einfach, billig und lässt allenfalls senkrecht vor einer glatten Wand eine Bestimmung des Abstands zu.
Beispiel: Einparkhilfe Bild

1.b. Akustische Laufzeitmessung (Echolot)
[[Bild:srf08.jpeg|right|200px|Beispiel SFR08]]
Etwas aufwendiger und genauer arbeiten die Ultraschallsensoren mit Laufzeitmessung. Hier wird ein Ultraschall-Impuls von 8-16 Perioden Dauer ausgesendet und es wird die Zeit gemessen, bis das Echo eintrifft. Mit diesem Verfahren kann die Zeit bis zum ersten Echo gemessen und über die Schallgeschwindigkeit der Abstand bestimmt werden. Die Genauigkeit liegt dabei im cm-Bereich. Es gibt Systeme mit anderen Verfahren: Kurz nach dem ersten Echo wird der Empfänger wieder empfindlich gemacht und dann werden weitere (maximal sieben) Echos registriert. Auf diese Weise kann man erkennen, ob hinter einem kleinen Hindernis (Ball) noch ein anderes (Wand) vorhanden ist. Bei ungünstiger Montage der Sensoren kann es auch vorkommen, dass der Sendepuls am eigenen Roboter reflektiert wird. Ein "normales" Echolot liefert dann keine brauchbaren Ergebnisse mehr - denkbar wäre das man einfach alle Ergebnisse weg läßt, die kleiner als 10 cm sind.

====2. Optische Abtastung====

2.a. Optischer Reflexkoppler

Bei den optischen Verfahren gibt es auch den einfachen Fall des Reflexsensors. Ein integriertes Sensor-IC gibt Stromimpulse für eine IR-LED aus und detektiert die Echos, die diesem Impulsmuster entsprechen. Man erreicht damit eine gute Unterdrückung der Umgebungshelligkeit, aber - wie auch im akustischen Fall - ist das Verfahren sehr von den Reflexionseigenschaften des Objektes abhängig und lässt kaum eine Bestimmung des Abstandes zu.
Beispiel IRF471 Bild

2.b. Optische Triangulation

Sehr viel genauer arbeiten die Sensoren, die den Abstand bis zu einem Hindernis trigonometrisch vermessen. Sie bestehen aus einer IR-Diode und einem Empfänger, die zusammen mit einer Steuerung in einem Modul integriert sind. Die Impulse werden wieder nach einem Schema zur Unterdrückung der Umgebungshelligkeit ausgesendet und detektiert. Hier aber handelt es sich um einen gebündelten Lichtstrahl, der auf das Hindernis trifft und der seitlich versetzte Empfänger - eine Position Sensitive Device (PSD) - misst, aus welchem Winkel das Licht reflektiert wird und setzt den Winkel in einen Spannungswert um. Leider ist der Zusammenhang Entfernung - Spannung recht nichtlinear. Über entsprechende Formeln oder Tabellen ist eine einfache Umrechnung möglich.

Beispiel Sharp [[Sensorarten|GP2D12]]

http://www.roboternetz.de/bilder/gp2d12-nb.jpg

http://www.roboternetz.de/wiki/uploads/Main/gp2d12diagram_a.jpeg

2.c. Optische Laufzeitmessung

Auch bei den optischen Verfahren gibt es Sensoren, die nach dem Laufzeitprinzip arbeiten. Sie sind allerdings bis heute Messgeräte, die noch so groß sind, dass sie kaum als Sensoren in Robotern eingesetzt werden. Ein vielversprechender Ansatz, einen Sensor als Modul zu realisieren, wurde vor ein paar Monaten von einem Fraunhofer Institut vorgestellt.

Eine sehr hohe Genauigkeit der Abtastung der Umgebung liefern Laserscanner. Diese Sensoren tasten auf einer Ebene in einem Öffnungswinkel von 180 Grad die Entfernung bis zu den Hindernissen ab. Die Genauigkeit geht bis zu 1mm. Laserscanner sind sehr teuer.

====3. Bildverarbeitung====

Das Beispiel der optischen Abtastung mit trigonometrischer Messung funktioniert nicht nur mit einem PSD, sondern auch mit einer Kamera, mit der man den Winkel misst, unter dem der Teststrahl auf dem Objekt erscheint.
Darüber hinaus ist es natürlich auch möglich, das Bild der Umgebung mit zwei Kameras stereoskopisch aufzunehmen und durch Bildverarbeitung die Abstände zu den einzelnen Objekten zu bestimmen.

==Orientierung an künstlichen Markierungen==

===1. Passive Markierungen===
Künstliche Markierungen sind solche, die speziell zur Markierung geschaffen oder zur Orientierung ausgewählt und beschrieben sind. Ein typisches Beispiel für künstliche Markierungen sind Reflexmarken am Ende eines Gangs, durch den ein Roboter fahren soll. Er kann sich zunächst leicht am Verlauf des Gangs orientieren, zur Bestätigung, dass genau an einer bestimmten Stelle abgebogen werden soll, wird man zusätzlich eine Reflexmarke anbringen. Vorteilhaft ist eine passive Marke, die nicht mit Energie versorgt werden muss, denn die geringe Energie, die Marke zu finden, kann der autonom fahrende Roboter leicht selbst aufbringen.

Viel häufiger als einzelne Reflexmarken sind noch dunkle Linien anzutreffen, denen ein Roboter folgen soll. Viele Einsteiger-Modelle, wie die Modelle von Lego und natürlich auch ASURO, sind dafür ausgerüstet. Am vorderen Ende des Fahrzeugs ist dazu eine Beleuchtung angebracht, die auf den Boden vor dem Fahrzeug gerichtet ist. Es reichen dann zwei lichtempfindliche Sensoren rechts und links von der Linie aus, um die Spurverfolgung zu kontrollieren und Abweichungen zu melden. Bei breiten Linien genügt ein einziger Sensor, der an einen ADC angeschlossen ist:
* Mittlere Helligkeit heisst : Geradeaus fahren.
* Zu dunkel: nach rechts fahren.
* Zu hell: nach links fahren.
Der Roboter fährt dann an einer Kante entlang, die andere intessiert nicht. Der Abstand vom Drehpunkt des Fahrzeugs im Zusammenspiel mit der Fahrtregelung ermöglicht dann unterschiedlich schnelle und sichere Aktionen zum Halten der Spur bei rascher Verfolgung der Linie.

===2. Aktive Markierungen===

* Infrarotbake - 1
Ein noch recht einfach umzusetzendes Prinzip für eine aktive Bake. Über IR-LEDs wird ein codiertes Signal ausgestrahlt. Der Roboter besitzt einen Infrarotempfänger mit relativ geringem Öffnungswinkel mit nachgeschaltetem Decoder für das Signal. Hiermit kann der Roboter feststellen, ob der Empfänger gerade in Richtung der Bake zeigt. Da durch die Codierung des Signals (und evtl mehrere Trägerfrequenzen) mehr als einen Bake gleichzeitig aktiv sein darf, kann man mit mehreren Baken, die man nacheinader anpeilt und dabei die Winkel misst, auch die absolute Position feststellen.

* Infrarotbake - 2
Deutlich einfacher geht es mit LEDs an unterschiedlichen Ecken des Spielfeldes, die jeweils von einem NE555 getaktet werden. Jede Bake hat eine eigene, feste Frequenz. Es gibt Projekte wo man unterschiedliche Frequenzfilter einschalten und mit einem IR-Empfänger auf einem Servo suchen kann, aus welcher Richtung welche Bake blinkt. Durch dieses Frequenzfilter ist der Roboter immun gegen andere Lichtquellen. Drei Baken genügen theoretisch.

* Transponder
Als sehr sicher haben sich - wie im Flugverkehr - aktive Transponder erwiesen. Diese werden durch einen Impuls abgefragt und antworten individuell. Dazu erzeugt der Roboter einen kurzen Ultraschallimpuls. Entweder mit Zielrichtung zum vermuteten Transponder oder ungerichtet. Sobald ein Transponder den Abfrageimpuls registriert, antwortet er mit einem oder mehreren Lichtblitzen, die auch unterschiedliche Farbe besitzen können. Aus der zwischenzeitlich vergangenen Zeit und der Empfangsrichtung lässt sich bei mehreren Transpondern der Standort berechnen. Beim [http://www.roboprogy.de ROBOprogy] lässt sich das eingebaute Programm für das Echolot sehr gut für diesen Zweck verwenden.

* induktive Begrenzungsschleifen
Dieses Verfahren wird vor allem bei einigen Rasenmäher-Robotern benutzt. Ein Draht wird am Rand der für den Roboter zulässigen Fläche ausgelegt (oder eingegraben). Über den Draht wird ein Signal gesendet, das von einem Empänger im Roboter empfangen wird, falls sich der Roboter dem Draht nähert.

==Koppelnavigation==
Als Koppelnavigation wird die fortlaufende Ortsbestimmung aus momentanem Kurs und Geschwindigkeit bezeichnet. Die so bestimmte Position wird dann auch als Koppelort bezeichnet.

Ausgehend von Position
Richtung, Geschwindigkeit und Dauer festlegen.

Gezielte Vorgaben
Kontrolle

===Odometrie===
Erfassung der Richtung und Weg/Geschwindigkeit durch
*die Einschaltdauer des Antriebs
*zählen der getätigten Steps von Schrittmotoren
*sensorisch durch [[Sensorarten#Drehgeber_Sharp_GP1A30_und_GP1A38|spezielle Encoder]], aber auch Kugel-, Rad- und optische Mäuse

==Trägheitsnavigation==
Beschleunigung
Winkelbeschleunigung

Die Trägheitsnavigation ist eine Art der Koppelnavigation.
Die Position wird hierbei durch Messung von Beschleunigungen und Drehungen bestimmt. Um zu wissen, welcher Beschleunigungssensor für welche Richtung im Raum zuständig ist, muss aber erstmal bestimmt werden, in welcher Lage sich der Roboter (vornehmlich Flugroboter, bei anderen Arten macht Trägheitsnavigation wenig Sinn) befindet. Ist nämich z.B. die Nase, beispielsweise bei einem Luftschiff, angehoben, misst der Beschleunigungssensor, der in Längsrichtung montiert ist, auch einen Teil der vertikalen Beschleunigung.
Die Bestimmung der Lage erfolgt meist über Gyrometer. Diese geben die Drehung des Objekts um eine bestimmte Achse aus. Dieser Wert wird aufsummiert (integriert), der integrierte Wert ist dann die Drehung des Objekts um eine bestimmte Achse.
Der Wert, den die Beschleunigungsensoren ausgeben, wird je nach Lage aufgeteilt und auf verschiedene Achsen aufsummiert, als Ergebnis hat man dann die Geschwindigkeit. Ein weiteres Aufsummieren ergibt den Weg, den das Objekt zurückgelegt hat - fertig.

===Globale Orientierung===
Globale Felder Erdmagnetfeld Luftdruck
GPS

===Kompass Höhenmesser===
natürliche Felder zur globalen Orientierung
Erdmagnetfeld, barometrischer Luftdruck

===GPS===
Globales Positions System. (siehe [http://de.wikipedia.org/wiki/Global_Positioning_System Wikipedia]) Ultimatives Navigationssystem mit Genauigkeit im Meterbereich und weltweiter Verwendbarkeit. Es ist aber für kleine Roboter und auch in geschlossenen Räumen nur bedingt zu verwenden, da der Satellitenempfang in Gebäuden schlecht ist und die Module weder klein noch preiswert sind.

==Siehe auch==
* [[Sensorarten]]

==Weblinks==
* [http://www.robotmaker.de/fernbed.html Eine beliebte Schaltung für ein solche IR-Bake]

[[Kategorie:Robotikeinstieg]]
[[Kategorie:Microcontroller]]
[[Kategorie:Elektronik]]
[[Kategorie:Grundlagen]]
[[Kategorie:Praxis]]
[[Kategorie:Sensoren]]

Navigation

2006-10-13T14:38:22Z

Makarius: /* 2. Optische Abtastung */ typo und Komentar zu Laser

Unter Navigation bezeichnet man das Sichzurechtfinden in einem geografischen Raum, um einen bestimmten Ort zu erreichen. Die Tätigkeit des Navigierens besteht aus drei Teilbereichen:

* Bestimmen der geografischen Position durch Ortung nach verschiedensten Methoden
* Berechnen des Weges zum Ziel und
* Führung des Fahrzeugs zu diesem Ziel, also vor allem das Halten des optimalen Kurses

Es ist also eine zentrale Aufgabe beim Bau von Robotern. Es ist sogar das Thema, das einen besonders großen Reiz auf die Bastler ausübt.

==Orientierung und Navigation==
Ein mobiler Roboter, der durch Bewegung mit seiner Umgebung in Kontakt tritt, braucht Sensoren zur Orientierung und er wird auch eine einfache Navigation durchführen.

==Orientierung in natürlicher Umgebung==
Im einfachsten Fall werden es Berührungssensoren sein, mit denen der Roboter feststellt, ob ein Hindernis direkt vor ihm oder in seiner Reichweite ist.
Auch beim Einsatz von komplexeren Sensoren zum berührungslosen Orten von natürlichen Hindernissen sind einfache Kontaktsensoren zur Unterstützung sinnvoll.
Mit diesen Sensoren kann eine Orientierung aufgebaut werden, wenn Objekte der natürlichen Umgebung erkannt und in der Position registriert werden. Sie können beispielsweise in eine Karte eingetragen werden.
Die sogenannte natürliche Umgebung ist dabei in vielen Fällen speziell im Indoor-Bereich kaum von der Natur geschaffen, es sind hier vor allem Wände, Türen, Möbel. Sie wird nur so genannt, weil sie andererseits nicht zur Orientierung geschaffen wurde.

===Ortung durch Berührung===

Üblicherweise sind das Mikro-Schalter, die über eine Stoßstange (BUMPER) den passiven oder aktiven Kontakt mit einem Hindernis erkennen.
* Aktiver Kontakt - der Robby ist beim Fahren drangestoßen (Tischbein)
* Passiver Kontakt - Irgendwas hat den Robby berührt, z.B. die Hauskatze

Den Unterschied kann der Roboter nur feststellen, wenn er seine momentane Bewegungsrichtung weiss und berücksichtigt.

Bei einfachen Systemen wird meist so vorgegangen:
:Bumper rechts: etwas nach links drehen
:Bumper links: etwas nach rechts drehen
:Beide Bumper: umdrehen

Dass man so ein primitives Verfahren nicht als Orientierung und kaum als Ortung bezeichnen kann, zeigt folgender einfache Vergleich: Stellen Sie sich vor, sie werden mit verbundenen Augen in einen Raum eingesperrt und sollen diesen durch einen Ausgang verlassen oder an einer vorgegebenen Stelle halten. Sie werden recht planlos an den Wänden entlanggehen und wahrscheinlich nicht merken, dass sie an der gleichen Stelle schon sechsmal vorbeikamen. Wenn der Raum um eine dicke Säule gebaut ist und Sie dort entlangehen, werden Sie die Türen an der Aussenwand kaum finden. Trotzdem arbeiten viele Roboter nach diesem Prinzip.

===Berührungslose Ortung===

Zur berührungslosen Orientierung an Objekten in der Umgebung kann der Roboter selbst ein akustisches oder optisches Testsignal aussenden und damit die Umgebung abtasten oder er kann sich am Bild der Umgebung orientieren. Es ist allerdings nicht ganz einfach, aus den empfangenen Signalen eine "innere" Landkarte zusammenzustellen und sich darin zurechtzufinden. Ohne so eine Landkarte ist die berührungslosen Orientierung nicht besser als ein verlängerter Arm der einfachen Kontaktschalter.

====1. Akustische Abtastung====

1.a. Akustischer Reflexkoppler

Bei der akustischen Abtastung des Raumes stellt die "Einparkhilfe" die einfachste Lösung dar. Hier wird eine Sende- und eine Empfangskapsel über einen Verstärker gekoppelt und wenn im Bereich des Sensors ein Hindernis die Kopplung zwischen beiden erhöht, dann kommt es zum Anschwingen und damit zur Anzeige eines Hindernisses. Das Verfahren ist einfach, billig und lässt allenfalls senkrecht vor einer glatten Wand eine Bestimmung des Abstands zu.
Beispiel: Einparkhilfe Bild

1.b. Akustische Laufzeitmessung (Echolot)
[[Bild:srf08.jpeg|right|200px|Beispiel SFR08]]
Etwas aufwendiger und genauer arbeiten die Ultraschallsensoren mit Laufzeitmessung. Hier wird ein Ultraschall-Impuls von 8-16 Perioden Dauer ausgesendet und es wird die Zeit gemessen, bis das Echo eintrifft. Mit diesem Verfahren kann die Zeit bis zum ersten Echo gemessen und über die Schallgeschwindigkeit der Abstand bestimmt werden. Die Genauigkeit liegt dabei im cm-Bereich. Es gibt Systeme mit anderen Verfahren: Kurz nach dem ersten Echo wird der Empfänger wieder empfindlich gemacht und dann werden weitere (maximal sieben) Echos registriert. Auf diese Weise kann man erkennen, ob hinter einem kleinen Hindernis (Ball) noch ein anderes (Wand) vorhanden ist. Bei ungünstiger Montage der Sensoren kann es auch vorkommen, dass der Sendepuls am eigenen Roboter reflektiert wird. Ein "normales" Echolot liefert dann keine brauchbaren Ergebnisse mehr - denkbar wäre das man einfach alle Ergebnisse weg läßt, die kleiner als 10 cm sind.

====2. Optische Abtastung====

2.a. Optischer Reflexkoppler

Bei den optischen Verfahren gibt es auch den einfachen Fall des Reflexsensors. Ein integriertes Sensor-IC gibt Stromimpulse für eine IR-LED aus und detektiert die Echos, die diesem Impulsmuster entsprechen. Man erreicht damit eine gute Unterdrückung der Umgebungshelligkeit, aber - wie auch im akustischen Fall - ist das Verfahren sehr von den Reflexionseigenschaften des Objektes abhängig und lässt kaum eine Bestimmung des Abstandes zu.
Beispiel IRF471 Bild

2.b. Optische Triangulation

Sehr viel genauer arbeiten die Sensoren, die den Abstand bis zu einem Hindernis trigonometrisch vermessen. Sie bestehen aus einer IR-Diode und einem Empfänger, die zusammen mit einer Steuerung in einem Modul integriert sind. Die Impulse werden wieder nach einem Schema zur Unterdrückung der Umgebungshelligkeit ausgesendet und detektiert. Hier aber handelt es sich um einen gebündelten Lichtstrahl, der auf das Hindernis trifft und der seitlich versetzte Empfänger - eine Position Sensitive Device (PSD) - misst, aus welchem Winkel das Licht reflektiert wird und setzt den Winkel in einen Spannungswert um. Leider ist der Zusammenhang Entfernung - Spannung recht nichtlinear. Über entsprechende Formeln oder Tabellen ist eine einfache Umrechnung möglich.

Beispiel Sharp [[Sensorarten|GP2D12]]

http://www.roboternetz.de/bilder/gp2d12-nb.jpg

http://www.roboternetz.de/wiki/uploads/Main/gp2d12diagram_a.jpeg

2.c. Optische Laufzeitmessung

Auch bei den optischen Verfahren gibt es Sensoren, die nach dem Laufzeitprinzip arbeiten. Sie sind allerdings bis heute Messgeräte, die noch so groß sind, dass sie kaum als Sensoren in Robotern eingesetzt werden. Ein vielversprechender Ansatz, einen Sensor als Modul zu realisieren, wurde vor ein paar Monaten von einem Fraunhofer Institut vorgestellt.

Eine sehr hohe Genauigkeit der Abtastung der Umgebung liefern Laserscanner. Diese Sensoren tasten auf einer Ebene in einem Öffnungswinkel von 180 Grad die Entfernung bis zu den Hindernissen ab. Die Genauigkeit geht bis zu 1mm. Laserscanner sind sehr teuer.

====3. Bildverarbeitung====

Das Beispiel der optischen Abtastung mit trigonometrischer Messung funktioniert nicht nur mit einem PSD, sondern auch mit einer Kamera, mit der man den Winkel misst, unter dem der Teststrahl auf dem Objekt erscheint.
Darüber hinaus ist es natürlich auch möglich, das Bild der Umgebung mit zwei Kameras stereoskopisch aufzunehmen und durch Bildverarbeitung die Abstände zu den einzelnen Objekten zu bestimmen.

==Orientierung an künstlichen Markierungen==

===1. Passive Markierungen===
Künstliche Markierungen sind solche, die speziell zur Markierung geschaffen oder zur Orientierung ausgewählt und beschrieben sind. Ein typisches Beispiel für künstliche Markierungen sind Reflexmarken am Ende eines Gangs, durch den ein Roboter fahren soll. Er kann sich zunächst leicht am Verlauf des Gangs orientieren, zur Bestätigung, dass genau an einer bestimmten Stelle abgebogen werden soll, wird man zusätzlich eine Reflexmarke anbringen. Vorteilhaft ist eine passive Marke, die nicht mit Energie versorgt werden muss, denn die geringe Energie, die Marke zu finden, kann der autonom fahrende Roboter leicht selbst aufbringen.

Viel häufiger als einzelne Reflexmarken sind noch dunkle Linien anzutreffen, denen ein Roboter folgen soll. Viele Einsteiger-Modelle, wie die Modelle von Lego und natürlich auch ASURO, sind dafür ausgerüstet. Am vorderen Ende des Fahrzeugs ist dazu eine Beleuchtung angebracht, die auf den Boden vor dem Fahrzeug gerichtet ist. Es reichen dann zwei lichtempfindliche Sensoren rechts und links von der Linie aus, um die Spurverfolgung zu kontrollieren und Abweichungen zu melden. Bei breiten Linien genügt ein einziger Sensor, der an einen ADC angeschlossen ist:
* Mittlere Helligkeit heisst : Geradeaus fahren.
* Zu dunkel: nach rechts fahren.
* Zu hell: nach links fahren.
Der Roboter fährt dann an einer Kante entlang, die andere intessiert nicht. Der Abstand vom Drehpunkt des Fahrzeugs im Zusammenspiel mit der Fahrtregelung ermöglicht dann unterschiedlich schnelle und sichere Aktionen zum Halten der Spur bei rascher Verfolgung der Linie.

===2. Aktive Markierungen===

* Infrarotbake - 1
Ein noch recht einfach umzusetzendes Prinzip für eine aktive Bake. Über IR-LEDs wird ein codiertes Signal ausgestrahlt. Der Roboter besitzt einen Infrarotempfänger mit relativ geringem Öffnungswinkel mit nachgeschaltetem Decoder für das Signal. Hiermit kann der Roboter feststellen, ob der Empfänger gerade in Richtung der Bake zeigt. Da durch die Codierung des Signals (und evtl mehrere Trägerfrequenzen) mehr als einen Bake gleichzeitig aktiv sein darf, kann man mit mehreren Baken, die man nacheinader anpeilt und dabei die Winkel misst, auch die absolute Position feststellen.

* Infrarotbake - 2
Deutlich einfacher geht es mit LEDs an unterschiedlichen Ecken des Spielfeldes, die jeweils von einem NE555 getaktet werden. Jede Bake hat eine eigene, feste Frequenz. Es gibt Projekte wo man unterschiedliche Frequenzfilter einschalten und mit einem IR-Empfänger auf einem Servo suchen kann, aus welcher Richtung welche Bake blinkt. Durch dieses Frequenzfilter ist der Roboter immun gegen andere Lichtquellen. Drei Baken genügen theoretisch.

* Transponder
Als sehr sicher haben sich - wie im Flugverkehr - aktive Transponder erwiesen. Diese werden durch einen Impuls abgefragt und antworten individuell. Dazu erzeugt der Roboter einen kurzen Ultraschallimpuls. Entweder mit Zielrichtung zum vermuteten Transponder oder ungerichtet. Sobald ein Transponder den Abfrageimpuls registriert, antwortet er mit einem oder mehreren Lichtblitzen, die auch unterschiedliche Farbe besitzen können. Aus der zwischenzeitlich vergangenen Zeit und der Empfangsrichtung lässt sich bei mehreren Transpondern der Standort berechnen. Beim [http://www.roboprogy.de ROBOprogy] lässt sich das eingebaute Programm für das Echolot sehr gut für diesen Zweck verwenden.

* induktive Begrenzungsschleifen
Dieses Verfahren wird vor allem bei einigen Rasenmäher-Robotern benutzt. Ein Draht wird am Rand der für den Roboter zulässigen Fläche ausgelegt (oder eingegraben). Über den Draht wird ein Signal gesendet, das von einem Empänger im Roboter empfangen wird, falls sich der Roboter dem Draht nähert.

==Koppelnavigation==
Als Koppelnavigation wird die fortlaufende Ortsbestimmung aus momentanem Kurs und Geschwindigkeit bezeichnet. Die so bestimmte Position wird dann auch als Koppelort bezeichnet.

Ausgehend von Position
Richtung, Geschwindigkeit und Dauer festlegen.

Gezielte Vorgaben
Kontrolle

===Odometrie===
Erfassung der Richtung und Weg/Geschwindigkeit durch
*die Einschaltdauer des Antriebs
*zählen der getätigten Steps von Schrittmotoren
*sensorisch durch [[Sensorarten#Drehgeber_Sharp_GP1A30_und_GP1A38|spezielle Encoder]], aber auch Kugel-, Rad- und optische Mäuse

==Trägheitsnavigation==
Beschleunigung
Winkelbeschleunigung

Die Trägheitsnavigation ist eine Art der Koppelnavigation.
Die Position wird hierbei durch Messung von Beschleunigungen und Drehungen bestimmt. Um zu wissen, welcher Beschleunigungssensor für welche Richtung im Raum zuständig ist, muss aber erstmal bestimmt werden, in welcher Lage sich der Roboter (vornehmlich Flugroboter, bei anderen Arten macht Trägheitsnavigation wenig Sinn) befindet. Ist nämich z.B. die Nase, beispielsweise bei einem Luftschiff, angehoben, misst der Beschleunigungssensor, der in Längsrichtung montiert ist, auch einen Teil der vertikalen Beschleunigung.
Die Bestimmung der Lage erfolgt meist über Gyrometer. Diese geben die Drehung des Objekts um eine bestimmte Achse aus. Dieser Wert wird aufsummiert (integriert), der integrierte Wert ist dann die Drehung des Objekts um eine bestimmte Achse.
Der Wert, den die Beschleunigungsensoren ausgeben, wird je nach Lage aufgeteilt und auf verschiedene Achsen aufsummiert, als Ergebnis hat man dann die Geschwindigkeit. Ein weiteres Aufsummieren ergibt den Weg, den das Objekt zurückgelegt hat - fertig.

===Globale Orientierung===
Globale Felder Erdmagnetfeld Luftdruck
GPS

===Kompass Höhenmesser===
natürliche Felder zur globalen Orientierung
Erdmagnetfeld, barometrischer Luftdruck

===GPS===
Ultimativ, aber für kleine Roboter und auch in geschlossenen Räumen nur bedingt zu verwenden

==Siehe auch==
* [[Sensorarten]]

==Weblinks==
* [http://www.robotmaker.de/fernbed.html Eine beliebte Schaltung für ein solche IR-Bake]

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[[Kategorie:Elektronik]]
[[Kategorie:Grundlagen]]
[[Kategorie:Praxis]]
[[Kategorie:Sensoren]]