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Diplom- und Master-Arbeiten (eigene und betreute):

L. Schneider:
"Real Time Robot Navigation with a Smart Transducer Network";
Betreuer/in(nen): H. Kopetz, W. Elmenreich; Institut für Technische Informatik, 2001.



Kurzfassung deutsch:
Diese Diplomarbeit beschreibt die wichtigsten Aufgaben f¨ur die Entwicklung
eines autonomen mobilen Roboters. Verschiedene Sensor- und Aktuatortypen
arbeiten durch die Ansteuerung mit billigen Microcontrollern als
Smart Transducer Knoten. Diese Knoten sind f¨ur die Beobachtung des Umfeldes
des mobilen Roboters, die Berechnung einer sicheren Passage durch
dieses Umfeld und die Kontrolle von Fahrtrichtung und -geschwindigkeit
verantwortlich.
F¨ur die Kommunikation zwischen den Knoten des Smart Transducer
Netzwerks wird das zeitgesteuerten Protokoll TTP/A verwendet. Dieses
Protokoll basiert auf Master-Slave Kommunikation und wurde an der Technischen
Universit¨at Wien entwickelt. Es ist f¨ur diese Aufgabe besonders geeignet
da es speziell f¨ur die Integration von Smart Transducer in verteilten
Echtzeit-Steuerungssystemen bestimmt ist. Es zeichnet sich unter anderem
durch das sogenannte Interface File System (IFS) aus, das als Quelle und
Senke der kommunizierten Daten dient, aber auch eine Schnittstelle zur Applikation
darstellt.
Der mobile Roboter erkundet seine Umgebung und berechnet eine sichere
Durchfahrt. Dies wird durch die Anwendung eines Architekturmodells
erreicht, das aus drei Ebenen besteht. Infrarot und Ultraschall Sensoren tasten
den Nahbereich des Sensors auf der untersten Ebene, dem Node Level,
ab. Durch die Nutzung von TTP/A’s Interface File System werden diese
Echtzeit-Daten an die mittlere Ebene, den Cluster Level, weitergegeben, wo
Multi-Sensor Data Fusion angewendet wird. Dies ergibt ein Abbild der Umgebung
des mobilen Roboters, welches die Schnittstelle zur h¨ochsten Ebene
des Architekturmodells, dem Application Level, darstellt. Auf dieser Ebene
erm¨oglicht die Anwendung eines speziellen Navigationsalgorithmus die Berechnung
eines Pfades durch das Umfeld des Roboters. Durch die abermalige
Nutzung von TTP/A’s Interface File System werden die Fahrtanweisungen
den Aktuatoren auf dem Node Level mitgeteilt. Dies erlaubt dem mobilen
Roboter schliesslich Hindernissen auszuweichen.
Der spezielle Navigationsalgorithmus, der in dieser Diplomarbeit verwendet
wird, unterteilt die Umgebung des Roboters in disjunkte Polarsektoren.
Die Dichte von Hindernissen in jedem dieser Sektoren wird berechnet und
der Sektor mit der geringsten Dichte wird als Fahrtrichtung gew¨ahlt.

Kurzfassung englisch:
This thesis describes key issues in the design of an autonomous mobile robot. Different kinds of sensors and actuators are instrumented with lowcost microcontrollers to operate as smart transducer nodes. These nodes are responsible for observing the mobile robot's environment, computing a safe passage through this environment, and controlling the driving direction and speed.
For communication among the nodes of the smart transducer network the time-triggered protocol TTP/A is used. This master-slave communication protocol, developed at the University of Technology in Vienna, is very well suited for this task since it is especially intended for the integration of smart transducers in distributed real-time control systems. It features an interface file system (IFS) that acts as the source and sink of the communicated data, and also serves as an interface to the application.

The exploration of the mobile robot's surroundings and the computation of a safe passage is accomplished by implementing a three-level architectural model. A suite of infrared and ultrasonic sensors scans the mobile robot's environment at the node level. Utilizing TTP/A's interface file system, this real-time data is presented to the cluster level where multi-sensor data fusion is applied. This produces an image of the mobile robot's environment which represents the interface to the application level. At this level the application of a special navigation algorithm enables the mobile robot to calculate a path through the robot's surroundings. Through TTP/A's smart transducer interface these driving directions are given to the actuators at the node level which finally allows the mobile robot to avoid obstacles in its way.

The special navigation algorithm implemented in this thesis divides the mobile robot's environment into disjoint polar sectors. For each sector the polar obstacle density is calculated and the sector with the lowest density is chosen as driving direction.



Elektronische Version der Publikation:
http://www.vmars.tuwien.ac.at/php/pserver/docdetail.php?DID=752&viewmode=thesis


Erstellt aus der Publikationsdatenbank der Technischen Universität Wien.