Laborpraktikum

Entwurf und Implementierung eines Inertialnavigationssystems bestehend aus einem Gyroskop und Beschleunigungssensoren

Autonome mobile Roboter werden häufig in verschiedenen Umgebungen eingesetzt. Zur Bewältigung von Aufgabenstellungen, einfache Bewegungen bis hin zu komplexen Funktionen, ist eine verlässliche Koordinierung in der Umgebung erforderlich. Typischerweise wird dazu auf Anhaltspunkte im Einzugsgebiet des Roboters zurückgegriffen. Solche Merkmale sind natürliche oder künstliche Landmarken.

Während der Bearbeitung von Aufgaben durch den Roboter kann es vorkommen, dass die Landmarken aus dem Umfeld des Roboters verschwinden. Um das gesetzte Ziel weiter verfolgen zu können, muss der Roboter nunmehr seine eigenen Aktionen auf der Basis von Sensordaten bewerten und dementsprechend handeln. Dazu gehören alle rotatorischen und translatorischen Veränderungen um verschiedene Achsen.

Ziel des Laborpraktikums ist eine Platine für ein autonomen mobilen Roboter mit deren Hilfe eine Navigation und Aufgabenbewältigung möglich ist. Dazu wird im ersten Schritt der Aufbau und die prinzipielle Wirkungsweise der eingesetzten Sensoren betrachtet. Dies umfasst die physikalischen Grundlagen ihrer Technologien und die Grenzen ihrer Verwendung bezogen auf ihren technischen Aufbau und ihre Leistungsfähigkeit. Im Weiteren Schritt sind die Sensoren auf ihre generierten Signale hinsichtlich der Stabilität der Nullage, der Varianz und Verteilung der Ausgabewerte zu untersuchen. An dieser Stelle sind mögliche Einflussfaktoren (Temperatur, externe Stöße) zu untersuchen und für den Anwendungsfall zu bewerten.

Auf der Basis der theoretischen Grundlagen ist eine Platine für mit einem Beschleunigungssensor (x,y- oder x,y,z-Achse) und einem Gyroskop (Drehung um die z-Achse) mittels Eagle zu entwerfen und zu bauen. Für dieses Bauelement ist ein Treiber zu programmieren, mit Hilfe dessen Einfluss auf die Ausgabewerte bzgl. der Signalgüte und der Ausgaberate genommen wird (Parametrisierung). Im Weiteren ist ein elektronisches Datenblatt zu erstellen, um den kombinierten Sensorbaustein in der Middleware COSMIC einzubetten.

Eine mögliche Erweiterung wäre die Fusion der Sensordaten der Beschleunigungs- und Winkelmesser mit Odometriesensoren des Roboterantriebes. Dieses dient der Erhöhung der Genauigkeit bei der Navigation um insgesamt eine verlässliche Inertialnavigation zu ermöglichen.

Aufgabenstellung:	Prof. Dr. rer. nat. Jörg Kaiser
Betreuer:	Dipl.-Ing. Sebastian Zug; Dipl.-Inform. Michael Schulze
Praktikant:	Jörg Liebig
Status:	verteidigt am (PDF, MB)
Bearbeitungszeitraum: