Allgemeines zum Rug Warrior




Der aus dem Robotik-Kurs 6.270 am Massachusetts Institute of Technology (MIT) hervorgegangene Rug Warrior ist ein kleiner mobiler Roboter von 20 cm Durchmesser. Das Herz des Roboters ist ein 8-Bit Mikrocontroller vom Typ 68HC11 mit 32 KByte RAM. Dieser kann über ein serielles Kabel mit einem Host-Computer verbunden werden. Die Programmierung erfolgt auf dem Host in der Programmiersprache Interactive-C (IC), einer parallelen, interaktiven Variante von C. Der Host dient dabei als Editor und Compiler für die C-Quelltexte. Die compilierten Routinen werden auf dem Mikrocontroller von einem P-Code-Interpreter abgearbeitet. Eine Beschreibung des Sprachumfangs von IC findet sich unter anderem im Mobile Robot Assembly Guide (Postscript, 450 KB) zu den Rug Warrior Bausätzen. Im folgenden wird der bei uns im Praktikum eingesetzte Roboter beschrieben, der gegenüber den original Bausätzen einige Erweiterungen aufweist, welche durch (*) markiert sind.


Aktoren

Das Antriebssystem des Roboters besteht aus zwei durch Gleichstrommotoren angetriebenen Rädern sowie einem Freilaufrad. Durch diese "Differential Drive"-Anordnung ist der Roboter in der Lage, sich auf der Stelle zu drehen. Außer den den beiden durch Pulsbreitenmodulation ansteuerbaren Motoren befinden sich als Aktoren noch eine zweizeilige alphanumerische LC-Anzeige, vier Leuchtdioden, ein Piezo-Lautsprecher sowie ein Elektromagnet (*) auf dem Roboter.

Auf dem LC-Display können während des Betriebs beliebige Texte oder Test-/Debug-Informationen ausgegeben werden. Textausgaben auf dem Host-Computer sind nicht ohne weiteres, mit einem Trick aber dennoch möglich. Die Leuchtdioden zeigen die Drehrichtung der Elektromotoren und die Funktion der Infrarotsensoren an. Der am Heck des Roboters angebrachte Magnet dient - anstelle eines Greifers - zum Aufnehmen von Gegenständen.


Sensoren

Die einzigen internen Sensoren des Systems sind zwei Rad-Encoder, welche an den beiden Antriebsrädern angebracht sind. Sie erzeugen bei einer Drehung der Räder etwa alle 1.5 cm einen Impuls, der vom Mikrocontrollertroller mitgezählt wird. Als externe Sensoren stehen dem Rug Warrior zwei Fotowiderstände, zwei Infrarot-LEDs mit einem Infrarotempfänger, ein Infrarot-Entfernungssensor (*) , eine IR-Reflexlichtschranke (*) sowie eine Bumper-Schürze mit drei Mikroschaltern zur Verfügung. Ein ebenfalls vorhandenes Mikrophon wird für unsere Zwecke nicht benötigt.

Mit Hilfe der an Analogeingängen angeschlossenen Fotowiderstände ist der Roboter in der Lage hellere und dunklere Stellen in der Umgebung zu unterscheiden. Sie sind an der Frontseite des Roboters angebracht und zwar oberhalb der Bumper-Schürze, so daß der Roboter bis zu 10 cm hohe Hindernisse hinwegsehen kann (dies ist für unsere Einsatzumgebung wichtig). An der Frontseite befinden sich auch die beiden IR-LEDs. Sie können unabhängig voneinander eingeschaltet werden und senden dann mit 40 kHz moduliertes Infrarotlicht aus. Der in ihrer Mitte angebrachte Infrarotempfänger (Tip) detektiert dieses Licht (sofern es von Hindernissen reflektiert wird) und meldet das Ergebnis als binäres Signal an den Mikrocontroller. Es läßt sich also keine Abstandsabschätzung vornehmen, sondern lediglich das Vorhandensein von Hindernissen in einem ca. 30 cm großen Bereich feststellen.

Zur Bestimmung von Abständen dient ein Infrarotsensor der Firma Sharp (*). Er ist in der Lage, Objekte in einem Bereich von etwa 8 - 80 cm zu detektieren und eine Schätzung des Abstandes vorzunehmen. Die Auflösung liegt im Nahbereich bei etwa 1 cm und fällt mit zunehmender Entfernung auf ca. 10 cm ab. Das dabei angewandte Verfahren ähnelt einer Triangulation, wobei als Empfänger ein sogenanntes Position Sensitive Device (PSD) eingesetzt wird. Der Sensor kann 10-15 Messungen pro Sekunde durchführen und liefert die gemessene Entfernung als synchrones 8-Bit Datenpaket an den Mikrocontroller zurück.

Wird ein Hindernis von den optischen Sensoren übersehen, so wird es spätestens bei Kontakt durch die Bumper-Schürze erkannt. Realisert wird dieser Kontaktsensor durch drei Mikroschalter, die im Kreis um die Chassisgrundplatte angeordnet sind. Daher spricht immer mindestens einer der Schalter an, gleichgültig, an welcher Stelle der Roboter auf ein Hindernis trifft. Durch Auswerten aller Mikroschalter läßt sich die Richtung des Hindernisses ermitteln.


Energie

Durch zwei Akkupacks kann der Rug Warrior tatsächlich autark, d.h. ohne externe Energiezufuhr, betrieben werden. Dies ist vor allem für den gleichzeitigen Einsatz mehrerer Maschinen wichtig. Während der Test- und Programmierphase wird der Roboter sinnvollerweise über das ohnehin notwendige serielle Kabel (*) mit Energie versorgt.

Obwohl der Roboter insgesamt nur über eine sehr eingeschränkte Sensorik, wie auch eine geringe Rechenleistung verfügt, lassen sich bereits komplexe Aufgabenstellungen mit ihm realisieren.



© Michael Kasper, Letzte Änderung: 12.09.96

Zurück zur Homepage des Robotik-Praktikums