A.L.F.

Projekt A. L. F.

 

(A)utonomes (L)asergesteuertes (F)ahrzeug

Der folgende Beitrag stammt von meiner alten Website. Dies ist die grobe Beschreibung des Projekts, sowie weiter unten der Anfang der detailierteren Entstehungsgeschichte. Die Fortsetzung werde ich demnächst hier einfügen.

Im Rahmen der Weiterbildung zum Staatl. gepr. Techniker Fachr. Elektrotechnik musste ein Abschlussprojekt angefertigt werden, wobei die Themenwahl bis auf ein paar Rahmenbedingungen größtenteils freigestellt war. Die Entscheidung fiel auf die Konstruktion eines Autonomen Fahrzeugs im Maßstab 1:10.

Als Ziel wurden folgende Aufgaben festgelegt, die das Fahrzeug können oder mit kleinen Einschränkungen können sollte:

          •Hindernisse auf dem Fahrweg selbstständig erkennen und ihnen ausweichen

          •möglichst kleine Hindernisse erkennen

          •seine Geschwindigkeit in Abhängigkeit von der Entfernung zum Hindernis regeln

          •schmale Durchfahrten erkennen

Außerdem sollte das Fahrzeug folgende Eigenschaften besitzen:

          •eine originalgetreue, funktionierende Beleuchtungseinrichtung

          •ein originalgetreues Lenk-, Brems,- und Beschleunigungs- verhalten

          •eine Umschaltmöglichkeit auf manuelle Steuerung

          •Ausbaumöglichkeiten für Ideen zur Weiterentwicklung

Für mich persönlich wurden folgende Ziele aufgestellt:

          •Die Entwicklungskosten sollten durch Eigeninitiative und Ideenvielfalt gering gehalten werden

          •Es sollten möglichst viele Unterrichtsinhalte in das Projekt mit einfließen

Auf den folgenden Seiten gibt es jede Menge Bildmaterial und Informationen, mit denen ich versuche, dieses Projekt möglichst detailreich zu erklären. Die Dokumentation, die zu dem Fahrzeug erstellt wurde, werde ich allerdings nicht im Internet veröffentlichen. Sollte es doch begründetes Interesse geben, kann ich gern die eine oder andere Kopie per Email verschicken.

 

Warum ein Autonomes Fahrzeug als Projekt?

Technikerschule Stadthagen...

Februar 2009...

Langsam wird die Zeit zum Erstellen eines Abschlussprojektes knapp. Einige Firmen, bei denen eine Bewerbung um ein Projekt lief, haben abgesagt, andere lassen sich einfach zuviel Zeit zum Antworten. Die Lösung der Probleme steht in Form eines alten Hobbys in meinem Keller...

Mein altes RC-Car wird sich selbst steuern lernen!

Die Idee zum Bau eines eigenen Autonomen Fahrzeugs im Maßstab 1:10 war geboren. Als nächster Schritt musste die Idee offiziell als Projektarbeit unserem Fachlehrer vorgestellt werden. Dieser war zunächst sehr skeptisch und wollte meine Ziele bezüglich der Funktionen des Fahrzeugs stark einschränken. Wir einigten uns darauf, das nur die Erreichten Ziele später eine relevanz in der Bewertung haben würden. Bei einem Totalversagen würde zumindest die Durchführung des Projektes bewertet werden, nach dem Motto: "Der Weg ist das Ziel". Dies gab mir noch mehr Anreiz, das Fahrzeug mit all seinen Sensoren und elektronischen Schaltungen so präzise wie nur irgendmöglich zu gestalten.

Als Basis für alle Aufbauten musste mein alter HPI Sprint herhalten. Nach mehreren Unfällen im Renneinsatz und einigen Ersatzteilen, die unter anderem aus einer alten Grafikkarte hergestellt wurden, wurde das Fahrzeug zu unpräzise in der Lenkung und auch zu alt für weitere Rennen. Die Planung und Umsetzung der Ideen musste so gestaltet werden, dass der finanzielle Rahmen eines Meisterbafög beziehenden Schülers nicht zu sehr strapaziert werden würde. Nach einigen Tagen und einigen DIN-A4 Seiten voller Zeichnungen und Schaltplänen wurde aus einer Idee ein geordnetes Projekt. Kurze Zeit später habe ich nach einem ausgiebigen Spaziergang durch eine Conrad-Filiale angefangen, das theoretische in die Praxis umzusetzen.

Um das Fahrzeug schnell und präzise lenken zu können, musste eine entsprechend schnelle und präzise Umgebungserfassung konstruiert werden. Ultraschall ist zwar recht schnell, und kann die Entfernung zu einem Hindernis recht genau bestimmen, ist aber sehr ungenau was die Position des Hindernisses betrifft (Also ob sich ein Hindernis mehr rechts oder mehr links zum Ultraschallsensor befindet). Das gleiche Problem hat der Infrarotsensor, allerdings mit der Einschränkung, dass Reichweite und Erfassungswinkel wesentlich kleiner sind als beim Ultraschallsensor. Dafür ist die Entfernungsangabe fast auf den Millimeter genau. Aber auch hier kann keine genaue Position des Hindernisses bestimmt werden. Es musste also irgendetwas her, was präziser als beides zusammen arbeitet.

Mir kam dann die Idee, eine Laserlinie um das Fahrzeug zu legen und anhand von Unregelmäßigkeiten an der Laserlinie die Position von Hindernissen in der Umgebung des Fahrzeugs auszuwerten. Um diese Idee umzusetzen und zwar möglichst preiswert, habe ich folgendes probiert. Als Laseremitter habe ich mir eine Handelsübliche Laserwasserwaage aus dem Baumarkt für 14,99€ besorgt, demontiert und schnell eine Versuchshalterung für die Laserdioden vorne am Auto montiert, wie auf den Bildern unten zu sehen ist. Um das vom Hindernis reflektierte Licht einzufangen und auszuwerten, war meine Idee, acht Fototransistoren unter die Halterung zu kleben, damit je nach Reflektion des Lasers am Hindernis der entsprechende Fototransistor ein Signal gibt und so die Position in einem 8-Bit Code erfasst werden kann. Soviel zur Theorie...

Nach mehreren Versuchsreihen mit unterschiedlichen Fototransistoren bin ich zu dem Ergebnis gekommen: DAS GEHT SO NICHT! In einem abgedunkelten Raum konnte ich zwar etliche Versuche durchführen, teilweise mit Erfolg. Aber leider wäre die Reichweite auf 10cm bis 12cm begrenzt gewesen. Des Weiteren hätte das Auto nur im Dunkeln fahren können, da Fototransistoren natürlich auf alles Licht reagieren, welches sich sonst noch im Raum bewegt. Selbst mit Rotlichtfiltern gab es keine Möglichkeit, bei Tageslicht ein einigermaßen sauberes Signal zu bekommen. Nach diesem Fehlschlag habe ich mich kurz mit der Frequenzmodulation des Lichtes beschäftigt und schnell festgestellt, dass so etwas zwar machbar gewesen wäre, aber leider auch sehr teuer und zusätzlich noch recht unzuverlässig (der Stoff dafür hätte wahrscheinlich für ein ganzes Technikerprojekt gereicht). Um solch eine Sensorik zu konstruieren fehlten mir einfach die nötigen Messgeräte für eine saubere Messreihe.

Alle, die jetzt denken:"Gibts doch schon von SICK, nennt sich Rotationslaser und kann man kaufen" möchte ich zwei Dinge zum bedenken geben...

 ERSTENS: Der Rotationslaser kostet ab 2500€ aufwärts.

 ZWEITENS: Ausserdem sollte bei diesem Projekt die Eigenentwicklung im Vordergrund stehen.

 Sich Sensormodule zu kaufen und dann die Bussysteme zusammen zu stecken kann jeder. Selber bauen ist schon etwas aufwändiger. Es musste eine Lösung her, die beides miteinander verbindet.

(Fortsetzung folgt bald...)

Ab hier die Fortsetzung

Seit 2009 sind einige Jahre vergangen. Das Fahrzeug steht jetzt als Ausstellungsstück in meiner Glasvitrine und inspiriert mich weiterhin. Allerdings hat sich die Technik weiterentwickelt (...und zwar deutlich!) und ich habe sehr wenig Zeit, hier noch eine Fortsetzung zu schreiben, bzw. ich möchte die Zeit lieber für andere Projekte nutzen. Daher beende ich das Projekt hier. Falls jemand tiefere Infos möchte, kann er mich gerne über das Kontaktformular anschreiben.

Vielleicht ist noch erwähnenswert, dass das Fahrzeug zum Schluss einwandfrei funktioniert hat und die Praktische Arbeit, die Dokumentation und die Präsentation zusammen eine 1,0 ergeben haben.

Die Fotos zum Fahrzeug gibts hier...

 

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