Die Diplomarbeit "Gehroboter" ist vom 3. September bis 26. Oktober 1998 durchgeführt worden. Die Arbeitsziele umfassten:

• Die Bewegungsabläufe eines zweibeinigen Roboters untersuchen und die gefundenen Resultate und Beziehungen für die Software benutzen.- Entwickeln einer Software zur Steuerung der Gehbewegungen des Roboters (mindestens Geradeausgehen).Als Zielsystem wurde eine bestehende Hardware (Handyboard und Expansionboard) eingesetzt. Zusätzlich war eine Stromversorgung und -Verteilung, eventuelle Zusatzelektronik-Baugruppen, ein CAN-Kontroller mit integriertem Motorkontroller und Powermodule zur Speisung der Servomotoren zu entwicken und zu fertigen.- Den Roboter für Geradeausgehen in Betrieb nehmen. Für Bewegungen auf gekrümmten Bahnen nach Lösungen suchen und eventuell realisieren.

Zu Beginn der Arbeit stellten wir fest, dass an der Konstruktion des Roboter-Prototyps Aenderungen durchzuführen waren, bevor wir mit der Steuerung der Motoren anfangen konnten.

Durchführung der Arbeit:Einen grossen Teil unserer Zeit haben wir der Suche nach effizienten, kurzfristig umsetzbaren Lösungen für diese Probleme gewidmet, damit die Ziele unserer Diplomarbeit erreichbar blieben.In den 5 Wochen, in denen der Roboter in der Werkstatt mechanisch verbessert wurde, haben wir hardware- und softwareseitig weitergearbeitet. Nach detaillierter Strukturierung der Prozeduren, haben wir den Code für Hauptprogramm, Motorkontroller- und CAN- Kontroller-Prozeduren in Interaktiv C geschrieben. Die Kommunikation zwischen Hauptkontroller und Motorkontroller, welche die 6 DC-Motoren steuern, erfolgt via CAN-Bus.

Erreichte Resultate:Die angebrachten Verbesserungen am Roboter ermöglichen das Gehen des Roboters mit genügender Stabilität.Zur Steuerung der Servomotoren setzten wir den Motorkontroller (HTCL-1100)ein, der schon auf dem Expansionboard integriert ist. Deshalb benötigten wir vier Handyboards, nicht wie vorgesehen 1 Handyboard und 6 CAN-Module.

Das

Diese Arbeit basiert auf der letztjährigen Diplomarbeit "Autonomes Fahrzeug PACIFICAR", die sich mit dem Parkvorgang eines Modellautos beschäftigte. Die Hauptaufgabe unserer Diplomarbeit bestand in der Verbesserung des gesamten Einparkvorganges. Uns stand eine leistungsfähige Software (ADAMS) für die Simulation mechanischer Abläufe zur Verfügung. Für die Berechnung, Steuerung und Regelung des Parkvorgangs benützten wir die MATLAB Software, die mit der Simulationssoftware Daten austauschen kann.Anders als in der letztjährigen Diplomarbeit setzten wir den Schwerpunkt auf die Simulation des Parkprozesses. Ausgegangen wurde vom idealen Parkprozess, unter dem wir das Einparken in einem Zug verstehen. Ein weiterer wichtiger Punkt war die Beschreibung und Realisation des Steuer- und Regelkonzepts in der Fuzzy Control Notation, sowie die theoretische Analyse von Korrekturverfahren während des Parkprozesses und die Korrektur der Parkendlage.Nach einer längeren Einarbeitungszeit in die verschiedenen Software-Tools konnten wir eine Steuerung realisieren, die es ermöglichte, unser virtuelles Fahrzeug auf einer vorgegeben Bahn fahren zu lassen. Die MATLAB-Software erleichterte uns die Arbeit, indem sie die benötigten "Werkzeuge" zur Verfügung stellte. Unter anderem ist es möglich, Blocksymbole für Fuzzy-Regler, die in SIMULINK verwendet werden können, mit einer komfortablen graphischen Oberfläche zu bearbeiten. Die Umschaltung zwischen den einzelnen, auf ihren Regelbereich optimierten Fuzzy-Regler wurde als State-Event Machine implementiert. Als Werkzeug wurde die MATLAB Toolbox "State Flow" eingesetzt. Dies erlaubte uns, die Zustandsübergänge und Anreize übersichtlich zu modellieren. Während der Simulation ist es möglich, laufend mitzuverfolgen, welcher Regler zurzeit gerade aktiv ist. Diese Möglichkeit ist für die Optimierung der Reglerumschaltung sehr hilfreich.

Das Ziel unserer Arbeit war es, mit dem DSP TMS320C240 von Texas Instruments, welcher für Motorsteuerungen optimiert ist, einen geschalteten Reluktanzmotor SRM anzusteuern. Dazu stand uns ein Evaluationsboard mit dem besagten Prozessor zur Verfügung. Die Programmierung des DSP erfolgte hauptsächlich in der Sprache C sowie teilweise in Assembler.

Wir haben ein Displayboard entwickelt um Daten anzuzeigen und zu beeinflussen. Damit verfügen wir über zwei Displays, fünf Potentiometer, drei Taster sowie zwei konfigurierbare Ports mit je 8 Bit. An die beiden Ports können wahlweise LEDs oder Dip-Swtiches angeschlossen werden.

Stand unserer Diplomarbeit:Das Displayboard und die dazu notwendige Software zur Ansteuerung sind fertiggestellt und funktionieren einwandfrei. Damit besitzen wir eine flexible Lösung, um einen SR-Motor zu steuern und seine Zustände zu überwachen.Die Software für die Motorsteuerung ist so weit fortgeschritten, dass die drei Zustände Anfahren, Autokommutation und Kommutation mit variablen Winkeln funktionieren. Die Programmentwicklung ist noch nicht abgeschlossen. So müssen die Regler für Drehzahl und Strom noch vollständig implementiert werden.

Die Möglichkeit, den Motor ohne Sensoren anzusteuern, haben wir in dieser Arbeit nicht weiter verfolgt, statt dessen konzentrierten wir uns auf den Betrieb mit Sensoren, um abschätzen zu können, wie gut der verwendete DSP für diese Aufgabe geeignet ist. Unsere Untersuchungen haben ergeben, dass sich dieser DSP zur Steuerung eines SR-Motors sehr gut eignet. Bei der maximalen Drehzahl von 25'000 U/min ist er lediglich zu ca. 25% ausgelastet. Damit ist eine Grundvoraussetzung für den geplanten sensorlosen Betrieb erfüllt. Ausserdem stellt der TMS320 viele der benötigten Funktionen zur Verfügung, somit erübrigt sich zusätzliche Hardware.