Mobile Roboter: von der Idee zur Implementierung
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Bonn [u.a.]
Addison-Wesley
1996
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Anita M Flynn
Mobile Roboter
Von der Idee zur Implementierung
ADDISON-WESLEY PUBLISHING COMPANY
Bonn • Reading, Massachusetts • Menlo Park, California • New York
Don Mills, Ontario • Harlow, England • Amsterdam • Milan • Sydney • Tokyo
Singapore ■ Madrid • San Juan • Seoul • Mexico City • Taipei, Taiwan
Inhalt
Vorwort xv
Danksagung xix
Zur deutschen Ausgabe xxi
1 Einführung 1
1 1 Literaturhinweise 9
2 TuteBot 11
2 1 Ein Lernroboter 11
211 Aktionen des TuteBot 13
2 2 Bau des TuteBot 16
221 Elektronische Bauteile 21
222 Aufbau der Schaltung 25
223 Betrieb 29
224 Übung 34
2 3 Literatur 35
3 Computerhardware 37
3 1 Konzept des Rug Warrior 37
311 Interactive C 39
3 2 Mikroprozessoren 41
3 3 Aufbau des Steuercomputers 42
331 Der Prozessor 43
332 Der Bus 44
333 Der Speicher 46
334 Die Ports 47
3 4 Schaltungen des Rug Warrior 49
341 Der Einschalter 49
342 Der Taktgeber 50
343 Reset 50
344 Modus-Wahl 50
345 Unterspannungsmelder 50
346 Die serielle Schnittstelle 51
347 Externer Speicher 51
348 Batteriegepufferter Speicher 52
vi ii Inhalt
3 5 Hardware-Software-Schnlttstelle 53
351 Darstellung von Zahlen 53
352 Ein Beispiel 53
353 CPU-Register 56
354 Instruktionen und Operanden 57
355 Arithmetik 60
356 Steuer- und Zustandsregister 61
357 Sprünge und Verzweigungen 62
358 Unterprogramme 63
359 Der Stapel 64
3 5 10 Übergabe von Argumenten 65
3 6 Echtzeitsteuerung 67
361 Polling 67
362 Interrupts 69
363 Software-unabhängige Eingabeerfassung 71
364 Traps 73
365 I/O-Buffer 73
3 7 Laden eines Programms 74
371 Das Assemblerprogramm 75
372 Das Ureingabeprogramm 76
3 8 Alternativen 77
3 9 Literatur 78
4 Entwurf und Prototyperstellung 79
4 1 Die Praxis 79
411 Genauigkeit 80
412 Fädeltechnik 80
413 Scotchflex 81
414 Speedwire 83
4 2 Stecker 85
4 3 Leiterplatten 87
4 4 Fehlerbeseitigung 89
5 Sensoren 93
5 1 Wahrnehmung 93
511 Meßwertumformung versus Verstehen 93
512 Abstraktionsebenen 93
5 2 Anschluß von Sensoren 95
521 Softwaretreiber 98
522 Empfindlichkeit und Reichweite 99
5 3 Lichtsensoren 101
531 Photowiderstände 101
532 Infrarot-Abstandsmesser 106
Inhalt ix
533 Wärmesensoren 110
534 Kameras 112
5 4 Kraftsensoren 113
541 Mikroschalter 113
542 Biegesensoren 115
543 Kraftmeßwiderstände 116
5 5 Akustische Sensoren 116
551 Mikrophone 116
552 Piezoelektrische Dünnschichtsensoren 118
553 Ultraschall 118
5 6 Position und Orientierung 120
561 Rad-Encoder 121
562 Kreisel 130
563 Neigungsschalter 130
564 Kompasse 132
5 7 Propriozeptive Sensoren 132
571 Messung des Batteriestands 133
572 Messung des Überlaststroms 134
573 Temperatur 135
5 8 Übung 135
5 9 Literaturhinweise 135
6 Mechanik 139
6 1 Fortbewegung 139
611 Anordnung der Räder 140
612 Kinematik 144
613 Roboterformen 146
6 2 Umbau von Modellfahrzeugen 147
621 Identifizierung der Antriebsart 148
622 Elektrische Veränderungen 150
6 3 Fortbewegung auf Beinen 151
6 4 Bausätze 152
6 5 Maßanfertigung 152
651 Radaufhängung 152
652 Blech 155
653 Acryl 156
6 6 Übung 157
6 7 Literaturhinweise 158
7 Motoren 159
7 1 Eine große Vielfalt 159
7 2 Arbeitsweise eines Gleichstrommotors 164
7 3 Leistung eines Gleichstrommotors 167
X Inhalt
731 Drehmoment, Geschwindigkeit, Kraft und Leistung 167
732 Modell eines Motors 169
733 Drehzahl-Drehmoment-Kennlinien 171
7 4 Getriebe 175
7 5 Motordatenblätter 177
7 6 Motoren für den Rug Warrior 181
761 Modell eines Fahrzeugs 181
762 Auswahl eines Motors 183
763 Konvertierung von Servomotoren 183
764 Unmodifizierte Servomotoren 186
7 7 Motorschnittstellen 188
771 H-Brücken 189
772 Schalten induktiver Lasten 191
773 Leistungselektronik 192
774 Motortreiber-Leistungs-ICs 206
7 8 Software für die Motorsteuerung 209
781 Pulsbreiten-Modulation 210
782 Regelkreise 216
7 9 Literaturhinweise 222
8 Stromversorgung 225
8 1 Batterien 225
811 Chemische Zusammensetzung 226
812 Energiedichte 229
813 Spannung 229
814 Kapazität 230
815 Innenwiderstand 231
8 2 Aufladen 231
8 3 Spannungsregelung 232
831 Ohne Regulierung 232
832 Lineare Regler 233
833 Gleichspannungswandler 234
8 4 Entkopplung 235
8 5 Literaturhinweise 239
9 Roboterprogrammierung 241
9 1 Der traditionelle Ansatz 241
911 Berechnung 244
912 Modellierung 244
913 Zeit 245
9 2 Der Subsumtionsansatz 245
921 Verhaltensnetze 246
9 3 Rug Warriors Programm 249
Inhalt xi
9 4 Programmieren der Subsumtion 251
941 Prozesse und Scheduler 251
942 Deterministische endliche Automaten 252
943 Ein Subsumtionsformalismus 253
9 5 Subsumtion in IC 257
9 6 Was haben wir getan? 262
9 7 Referenzen 265
10 Ungelöste Probleme 267
10 1 Navigieren 268
10 2 Erkennen 268
10 3 Lernen 268
10 4 Miniatur-Roboter 269
10 5 Interaktion 269
10 6 Überlegungen 270
10 7 Übung 270
10 8 Literaturhinweise 271
Bauanleitung für mobile Roboter 273
11 Einleitung 275
11 1 Die Roboter kommen 275
11 2 Sinkende Kosten 276
11 3 Rug Warrior 276
11 4 Zusammenfassung 276
12 Start frei für den Roboterbau 279
12 1 Der Elektronik-Bausatz 279
12 2 Installation der Software 279
12 2 1 Macintosh-Anweisungen 279
12 2 2 DOS-Anweisungen 280
12 2 3 Windows-Anweisungen 280
12 3 Display-und Spannungsversorgungsanschluß 280
12 4 Serieller Anschluß 280
12 5 Laden des P-Code 281
12 6 Kommunikation mit dem Host 283
12 7 Testen der Platine 283
12 8 Die Rug Warrior-Software 283
12 9 Routinen in Assemblersprache 284
12 10 Selbsttest 284
12 11 Programmierung 286
13 Montage der elektrischen Bestandteile 289
13 1 Notwendige Ausrüstung 289
xii Inhalt
13 2 Zusätzliche Ausrüstung 289
13 3 Vormontierte Teile 290
13 4 Zusammenbau des Rug Warrior 290
13 5 Löten 291
13 6 Montage 291
13 6 1 Kabel 293
13 6 2 Mikrophon-Schaltung 293
13 6 3 Sensoren und Aktuatoren 295
13 6 4 Jumper 299
13 7 Zusammenfassung 299
14 Montage der mechanischen Bauteile 301
14 1 Antriebsmotoren 304
14 2 Antriebsräder 304
14 3 Das Chassis 306
14 4 Das Stützrad 309
14 5 Batteriefächer 309
14 6 Schürze und Platine 309
14 7 Feineinstellungen 312
15 Ausbau des Rug Warrior 315
15 1 Eingebaute Ports 315
15 2 Beispiel für eine Erweiterung 317
16 Fehlerbeseitigung 319
17 Interactive C-Handbuch 323
17 1 Einsatz von IC 324
17 1 1 IC-Befehle 324
17 1 2 Editieren der Eingabezeile 325
17 1 3 Die Funktion mainO 325
17 2 Eine kurze Einführung in C 326
17 3 Datentypen, Operatoren und Ausdrücke 328
17 3 1 Variablennamen 328
17 3 2 Datentypen 328
17 3 3 Lokale und globale Variablen 329
17 3 4 Konstante 330
17 3 5 Operatoren 331
17 3 6 Zuweisungsoperatoren und Ausdrücke 332
17 3 7 Inkrement-und Dekrement-Operatoren 332
17 3 8 Priorität und Reihenfolge der Auswertung 333
17 4 Kontrollfluß 333
17 4 1 Anweisungen und Blöcke 334
Inhalt xiii
17 4 2 Die if-else-Anweisung 334
17 4 3 Die while-Schleife 334
17 4 4 Die for-Schleife 334
17 4 5 Die break-Anweisung 335
17 5 Ausgabe auf der LCD-Anzeige 335
17 5 1 Beispiele 335
17 5 2 Zusammenfassung der Formatierungsbefehle 336
17 5 3 Anmerkungen 336
17 6 Felder und Zeiger 337
17 6 1 Felder deklarieren und initialisieren 337
17 6 2 Felder als Argumente übergeben 338
17 6 3 Deklaration von Zeiger-Variablen 338
17 6 4 Zeiger als Argumente übergeben 339
17 7 Multitasking 340
17 7 1 Übersicht 340
17 7 2 Neue Prozesse erzeugen 340
17 7 3 Prozesse beenden 341
17 7 4 Befehle zur Prozeßverwaltung 342
17 7 5 Bibliotheksfunktionen zur Prozeßverwaltung 342
17 8 Fließkommafunktionen 343
17 9 Speicherzugriffsfunktionen 344
17 10 Fehlerbehandlung 344
17 10 1 Compilerfehler 345
17 10 2 Laufzeitfehler 345
17 11 Binäre Programme 345
17 11 1 Die binäre Quelldatei 346
17 11 2 Interruptgesteuerte Binärprogramme 348
17 11 3 Die binäre Objektdatei 351
17 11 4 Laden einer icb-Datei 352
17 11 5 Feldzeiger an ein Binärprogramm übergeben 352
17 12 Format und Verwaltung von IC-Dateien 352
17 12 1 C-Programme 352
17 12 2 List-Dateien 353
17 12 3 Datei-und Funktionsverwaltung 353
17 13 IC konfigurieren 354
18 Die IC-Bibliotheksdatei 355
18 1 Taktbefehle 355
18 2 Tonerzeugung 356
18 3 Sensordatenerfassung 356
18 4 Motorfunktionen 358
18 5 Rad-Encoder 358
19 Rechner anschluß und technische Daten 361
19 1 Serielle Verbindung 361
19 2 Ausgewählte technische Daten des Rug Warrior 361
A Schaltpläne 363
B Rüg Warrior-Programm 371
C Gelbe Seiten 381
C l Deutsche Fachhändler 381
C 2 Internationale Fachhändler 383
D Färb- und ASCÜ-Codes 387
Literatur 389
jjjy Inhalt
Index 395
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