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Entwicklung autonomer mobiler Systeme

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Verlauf der Vorlesung Sommersemester 2017
AV001.zip - Einfaches Beispiel leicht verändert aus "CameraGettingStarted" (Ketai-Beispiel) abgeleitet.
AV002.zip - Zugriff auf die Pixelinformationen über PImage-Attribute und -Methoden (KetaiCamera erbt von PImage).
Material für die Lenkregelung der Elektrokutsche
MotorAnsteuernSerial33-85.zip - Arduino-Micro-Programm zur Ansteuerung der Brushless-Motoren.
K1_seriell.zip - Serielle Ansteuerung des Arduino Micro (PWM-Geber) mit Processing.
K2_cam.zip - Ansteuern einer USB-Kamera mit Processing und Auslesen der Farbwerte.
Ausgangspunkt für weitere Arbeiten:
K9_OOP.zip - Processing-Programm, Übersichtliche Struktur / Einfügen von 10 Betriebsmodi möglich.
MotorAnsteuernSeriell_OOP1.zip - Arduino-Programm, objektorientierte übersichtliche Struktur.
K11_OOP.zip - neuer Stand P-Regler als extraklasse Regler9.

VIDEO Kutsche, Kreisfahrt mit P-Lenkregelung und "Totmanntaster", 09.05.2017.


AVD 04.04.2016

  • Einführung in das Thema
  • Beispiele für autonome Vehikel
  • Architekturen
  • Ankündigung Scilab-Übung
  • Einführung in die Entwicklungsumgebung für Arduino
  • Kleines OOP-Beispiel für Arduino
hallo1.zip - Erstes Arduino-Beispiel (serielle Datenübertragung)
hallo2.zip - Zweites Arduino-Beispiel (serielle Datenübertragung Objekt-orientiert)


Titelseite des Magazins

Bild 0-1: Titelseite des Magazins "Der Spiegel" vom 27.2.2016

"Was gibt es schöneres, als bei strahlendem Sonnenschein ein Cabrio über kurvige Landstraßen zu steuern? "

Daimler-Chef Dieter Zetsche am Ende eines ausführlichen Interviews über selbstfahrende Autos mit dem Spiegel.

In den letzten Wochen ging die Einführung Autonomer Fahrzeuge, die für den Straßenverkehr tauglich sein sollen immer wieder durch die Presse. Es ging dabei oft weniger um die Technik, sondern mehr um die juristischen Konsequenzen. Perfide Horrorszenarien wurden entworfen, in denen beispielsweise der Fahrzeug-Computer die Möglichkeit hat den Fahrer zu retten, indem er in eine Menschengruppe hineinrast, oder die Menschengruppe, indem er das Fahrzeug vor einen Baum setzt und den Fahrer opfert.

Stand der Technik sind bereits Fahrassistenzsysteme, die im wesentlichen aus einem Spurhalter und einem Distanzhalter ("Distronic") bestehen. Der Spurhalter ist dabei Kamera-basiert, orientiert sich an den Leitlinien auf der Fahrbahn und stellt im Wesentlichen eine Lenkregelung dar. Der Distanzhalter verwendet typischerweise Radar, hält eine festen Abstand zum Vordermann, bzw. eine Sollgeschwindigkeit und stellt im Wesentlichen eine Geschwindigkeitsregelung dar.

Informationen zur "Distronic" von Mercedes-Benz. #pdf distronic1.pdf Informationen von Mercedes-Benz zur "Distronic" 1, aufgerufen am 23.02.2016. #pdf distronic2.pdf Informationen von Mercedes-Benz zur "Distronic" 2, aufgerufen am 23.02.2016.
distronic1.zip - Video zur Funktion der "Distronic".
distronic2.zip - Video zu "Fakten" der "Distronic".
Neues Video zum Autonomen Fahren mit der neuen E-Klasse von Mercedes.

Indem diese Systeme als Assistenzsysteme ausgewiesen werden, umgeht man die juristischen Schwierigkeiten: Nach wie vor ist der menschliche Fahrer für das Verhalten des Fahrzeugs verantwortlich. Dies äußert sich auch darin, dass sich die Assistenzsysteme in für diese uneintscheidbaren Situationen oder bei Auftreten von Problemen selbsttätig abschalten. Zudem sind die aktuellen Assistenzsysteme lediglich auf der Autobahn verwendbar und keinesfalls im Stadtverkehr.

Komplexere Assistenzsysteme, bei denen der Spurassistent auch die Bewegung der das Fahrzeug aktuell umgebenden anderen Fahrzeuge mit hinzuzieht und temporär auch bei Unterbrechen der Leitlinien funktioniert, stehen kurz vor der Markteinführung:

Informationen von Mercedes-Benz zum "Aktiven Spurhalte-Assistenten". #pdf mercedes_aktiver_spurhalteassistent1.pdf Informationen von Mercedes-Benz zum "Aktiven Spurhalte-Assistenten" 1, aufgerufen am 23.02.2016. #pdf mercedes_aktiver_spurhalteassistent2.pdf Informationen von Mercedes-Benz zum "Aktiven Spurhalte-Assistenten" 2, aufgerufen am 23.02.2016.
spurassistent.zip - Informationsvideo zum "Aktiven Spurhalte-Assistenten", Download am 23.02.2016.

Der hier dargestellte Stand der Technik wurde im Februar 2016 ermittelt.

Auf der anderen Seite gibt es schon seit langem automatische Transportsysteme innerhalb von Produktionsanlagen.

Eine der ersten Firmen, die solche Systeme bereitgestellt haben ist Savant Automation.

Geschichte der AGVS (Automatic Guided Vehicle Systems / Fahrerlose Transportsysteme FTS) auf der Firmenseite von Savant Automation.
Videoseminar von Savant Automation.
Firmenvideo Savant.
Automatic Guided Vehicle System der Firma Savant Automation von 1958. Quelle: Ulrich, G., Fahrerlose Transportsysteme, S.2, Vieweg Wiesbaden 2011.

Bild 0-2: Automatic Guided Vehicle System der Firma Savant Automation von 1958. Quelle: Ulrich, G., Fahrerlose Transportsysteme, S.2, Vieweg Wiesbaden 2011.

Hier hat man ganz andere Möglichkeiten, optimale Bedingungen für das autonome Fahrzeug herzustellen:

  • Magnetische Leitlinien können im Boden eingebaut werden.
  • Es kann dafür gesorgt werden, dass sich keine Menschen auf der Transportstrecke aufhalten.
  • Es gibt keine widerstrebenden Ziele verschiedener Verkehrsteilnehmer.
  • Es kann eine vorgeschriebene Geschwindigkeit für das gesamte Transportnetz vorgeschrieben und ohne weiteres eingehalten werden.
  • Das gesamte Transportsystem kann über Kameras, Funktelemetrie und GPS lückenlos überwacht werden.
  • Eine Energieversorgung kann mittels im Boden versenkter Induktionsspulen erfolgen.

Mit anderen Worten: Hat man alle Freiheiten bei der Gestaltung der Infrastruktur eines autonomen Fahrzeugs, so findet sich mit unter Zuhilfenahme der technischen Möglichkeiten der heutigen Zeit immer eine Lösung. Interessanter wird es aber, wenn die Randbedingungen in Richtung Stadtverkehr gehen.

Idee dieser Vorlesung ist es, stets von einfachen Szenarien auszugehen und schrittweise den Schwierigkeitsgrad zu erhöhen. Zu den für verschiedene Szenarien entwickelten Entwürfen für autonome mobile Systeme, soll es stets auch praktische (Teil-)umsetzungen geben.

Doch über welche Dinge sollte man etwas lernen, um autonome mobile Systeme entwickeln zu können? Die nachfolgende Mindmap soll die Grundlage für eine grobe Struktur dieser Vorlesung abgeben:

Thematische Ordnung der Vorlesung.

Bild 0-3: Thematische Ordnung der Vorlesung.