Linie folgen – Konzepte zur Realisierung
Benjamin AunkoferDer Roboter, basierend auf dem RP6, soll zuerst einer Linie folgen können. Die Linie ist der Führungsbefehl und ferner auch die Interaktionsschnittstelle zwischen Mensch (bzw. menschlicher Anweisung) und dem Roboter. Die Linie ist eine grafische Anweisung an den Roboter.
Die Linie soll im ersten Schritt keine Abzweigungen haben und somit keine Entscheidungsfunktion bedingen.
Art der Linie
Es sind denkbar viele Realisierungsmöglichkeiten vorhanden. So könnte eine linienartige einspurige Schiene gesetzt werden, welche sich mit Tastern örtlich bestimmen lässt und sich der Roboter so selbst über diese Bahn lenkt.
Die einfachste Variante der Linie dürfte aber eine schwarze Linie sein, welche mit einem handelsüblichen Buntstift auf einem hellen Untergrund gemalt wird. Diese Form der Richtungsanweisung ist ohne Frage auch sehr flexibel und daher die Form, welche für diesen Roboter angewendet wird.
Hardware zur Realisierung
Es kommen dafür zwei Konzepte in Frage:
- Primitive Sensoren, welche abhängig vom Lichteinfach Spannung/Strom oder den elektrischen Widerstand ändern. Drei primitive Sensoren-Elemente stehen hierbei mit unterschiedlichen Tendenzen hinsichtlich Reaktionszeit und Empfindlichkeit in Konkurrenz und kämen für den Einsatz zur Linien-Erkennung in Frage.
- Photodiode – Ein Halbleiter, welcher Licht in einen elektrischen Strom umwandelt
- Phototransistor – Ähnlich der Photodiode, jedoch empfindlicher (vom Prinzip her eine Photodiode mit Verstärker)
- Photowiderstand – Ändert seinen elektrischen Widerstand bzw. Leitwert empfindlich je nach einfallender Lichtintensität. Der Leitwert erhöht sich mit Zunahme der Lichtintensität.
- Kompakte Kamera
Eine Kamera liefert viele Bildpunkte liefert, welche insgesamt ein Bild ergeben. Somit lassen sich komplexe Linien (grafische Anweisungen) erkennen. Mit einer Kamera betreten wir das Gebiet der digitalen Bildverarbeitung durch eingebettete Systeme, eine sehr umfangreiche eigenständige Disziplin, welche jedoch auch in Rahmen dieses Projekts angekratzt werden darf.
Gegenüberstellung beider Konzepte:
| Sensoren | Kamera | |
|---|---|---|
| Kosten | eher gering | eher hoch |
| Informationsumfang | gering bis mittel | hoch |
| Programmieraufwand | gering | hoch |
| Reaktionsgeschwindigkeit | sensor-abhängig | kamera-abhängig |
Umsetzung
Es könnten insgesamt zwei Realisierungsvorschläge aus jeweils beiden Konzepten umgesetzt werden. Als Hauptziel, welches für weiterführende Aufgaben benutzt wird, wird der Umsetzungsvorschlag nach dem 1. Konzept angestrebt. Optional kann noch der Umsetzungsvorschlag basierend auf dem 2. Konzept angeschnitten werden. Dann können beide Verfahren miteinander verglichen werden.
Umsetzungsvorschlag nach dem 1. Konzept:
Der RP6 verfügt bereits über einen IR-Sensor und zusätzlich über Photowiderstände, welche jedoch nicht nach unten zum Boden gerichtet sind. Es gibt Ansätze, den Boden mit weiteren LEDs zu bestrahlen und die Reflexionen vom Boden mit Spiegeln zu den Photowiderständen umzuleiten. Die voneinander getrennten Widerstände können so Helligkeitsunterschiede am Boden feststellen.
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– zentraler IR-Empfänger |
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– zwei nach seitlich-außen geneigte Photowiderstände |
Der Roboter-Bausatz ASURO hat ein fest integriertes Konzept mit Phototransistoren. An der Unterseite von ASURO befinden sich zwei Phototransistoren (SFH 300) zwischen einer beleuchtenden roten LED.
Dieser Aufbau beim ASURO kann einfach beim RP6 angewendet werden, indem eine kleine Platine (oder sonstige Steckverbindung) mit der LED und den beiden Phototransistoren vorne an die Unterseite des RP6 montiert wird. Die LED wird dann an einen I/O-Port, die Phototransistoren an jeweils einen ADC-Port (Analog-Digital-Converter) des AtMega32-Controllers angeschlossen.
Bei der Programmierung des Programms zur Linienverfolgung kann dann an die vielen bestehenden Lösungen beim ASURO angelehnt werden und gilt damit als recht einfach.
Umsetzungsvorschlag nach dem 2. Konzept:
Die Erkennung der Linie mit Hilfe von Bildpunkten von einer digitalen Kamera ist weit komplexer, dafür bieten diese jedoch auch weit bessere Möglichkeiten zur Orientierung. Die Genauigkeits-Ausbeute ist dann weniger Frage der Kamera (natürlich spielt diese ebenfalls eine Rolle), sondern der Software-Programmierung in der Bilderkennung.
Für die Belange innerhalb des Projektes steht die Programmierung im Rahmen der Bildverarbeitung nicht im Vordergrund, so dass eine kleine Kamera ausreicht. Eine kleine Kamera, welche Grauwerte liefern kann, ist ausreichend.
