TECHNISCH ONTWERP ACTIVITY BOT

Transcriptie

1 TECHNISCH ONTWERP ACTIVITY BOT NavDrive HOGESCHOOL ROTTERDAM

2 Technisch Ontwerp Groepsnaam NavDrive Projectleider(s) Alex de Ridder ( ) Cihan Bulgur ( ) Reuben Domacasse ( ) Klas TI1D Project Project 2 (Activity Bot Project) Projectcode TINPRJ01-2 Startdatum Einddatum Naam opdrachtgevers G. van Kruining P. Mazereeuw R. Tonissen G. Maas Naam organisatie Hogeschool Rotterdam Locatie Wijnhaven 99/103 (Rotterdam) Versienummer 0.2

3 Inhoudsopgave Inhoudsopgave... 1 Inleiding... 2 Doel en doel groep... 3 Bronnen... 3 Aandachtspunten... 3 Vraagstelling... 3 Programma van eisen... 4 Robot specificaties... 4 Doolhof specificaties... 4 Challenge specificaties... 4 Website specificaties... 4 Ontwerpvoorstel... 5 Keuze onderdelen... 5 Chassis... 5 Microcontroller... 5 Stroomvoorziening... 5 Opslag... 5 Detecteren objecten doolhof... 6 Ontwerp Onderdelen lijst Ontwerp Onderdelen lijst Bijlage 1: Sensoren onderzoek Ultrasoon Infrared sensors Infrared Microswitch (whisker) Pagina 1

4 Versiebeheer Versie Status Toelichting Auteur 0.1 concept (intern) Steekwoorden en samenvattingen Alex & Cihan 0.2 definitief (intern) Opmaak en samenhang bijgewerkt Reuben Pagina 2

5 Inleiding Uit onderzoek is gebleken dat er steeds meer mensen hun boodschappen bestellen via het internet. Deze bestellingen worden dan vervolgens bezorgd, maar in de grote binnenstad van Amsterdam zijn veel kleine straatjes die voor de bezorgers moeilijk te bereiken zijn. De supermarktketens hebben daarom gevraagd aan het project teamleiders van de Hogeschool Amsterdam, om een efficiënter en een snel bezorgsysteem te ontwerpen. Ook willen de supermarktketens graag bezuinigen op de chauffeurs door ze te vervangen voor zelfrijdende auto s. Dus de zelfrijdende auto s moeten het bezorgsysteem moet kunnen ondersteunen. Maar voordat de supermarktketens het project grootschalig willen aanpakken zouden ze graag binnen 10 weken een kleinschalig voorbeeld(concept) willen zien met als idee om het een wedstrijd te maken met als beloning voor de snelste en duurzaamste oplossing een taart naar keuze. Doel en doel groep Het doel van dit document is het opstellen van een technisch ontwerp welke gebruikt gaat worden als technische input voor het aanbestedingsdocument voor de levering van de nieuwe Activity Bot voorzieningen. Dit document is bedoeld voor personen die binnen Hogeschool Rotterdam op operationeel niveau met de IT omgeving te maken hebben. Bronnen Voor de totstandkoming van dit document zijn de volgende bronnen gebruikt: Bron Omschrijving Cursushandleiding Project 2 Programma van eisen NavDrive Functioneel Ontwerp Inleiding & opbouw NavDrive Onderzoeksverslag Sensoren Onderzoek sensoren Antwoorden op de vragen Vraagstelling Aandachtspunten Bij het ontwerpen van de nieuwe Robot architectuur is het belangrijk dat de juiste keuzes worden gemaakt voor de technologieën die voorhanden zijn. Een groot aantal factoren spelen hierbij een rol. Denk aan kosten, beheersbaarheid, betrouwbaarheid, etc. Van de volgende factoren heeft u aangegeven dat ze erg belangrijk zijn bij het maken van de keuzes binnen dit ontwerp: Robuustheid Flexibiliteit Beheersbaarheid Vraagstelling De opdracht gegeven door de bezorgafdeling van de hoofdorganisatie van de supermarktketens in Amsterdam luid als volgt: Ontwerp een model van een automatisch bestuurd voertuig dat zijn weg door een doolhof(stad) autom atisch vindt zonder daarbij ongelukken te veroorzaken. Zo mag het voertuig de kostbare gevels van de stad niet beschadigen en let ook op de mogelijkheid dat er bestellingen zijn bij grachten om het voertuigen te behouden niet in de gracht te belanden. De Hogeschool Rotterdam is hiervoor de aangewezen contactpersoon(tussenpersoon) voor dit project. Deze heeft de rol om het product te ontvangen en te testen voor de wedstijd. Pagina 3

6 Programma van eisen De zelfrijdende robot moet aan de volgende eisen voldoen: Robot specificaties Moet in staat zijn een nog nader te bepalen doolhof zelfstandig te doorlopen Moet gemaakt zijn met Marcolax of Fischer Technik. De robot moet in staat zijn op de plaats te keren. Een afstandsbediening is niet toegestaan. Moet minimaal 5 losse standaard (4 x 2) legoblokjes kunnen vervoeren. Doolhof specificaties Totale oppervlakte maximaal 6,25m2. Minimale gangbreedte: 20 cm. Minimale muurhoogte: 10 cm. Materiaal van de vloer en de muren: hout (MDF en multiplex) glas spiegelend materiaal De kleur van de muur is nergens zwart. Muren hebben alleen rechte hoeken. Gangen kunnen een niveauverschil bevatten. Muren kunnen ook negatief zijn. Bijvoorbeeld een kanaal. Het begin en eindpunt van het doolhof worden door rode cirkels aangegeven. Challenge specificaties Er mogen geen wijzigingen of toevoegingen gedaan worden aan het doolhof. Er is maximaal 15 minuten beschikbaar voor het team om de robot binnen 5 minuten het doolhof te laten doorlopen. Tijdens de 15 minuten mogen aanpassingen gedaan worden aan de robot, mits conform offerte. Mag maximaal 3 keer handmatig worden bijgestuurd tijdens een poging. De start van een poging wordt door de projectleiding aangegeven en geklokt. Bijsturing mag door de robot recht te zetten of te draaien. De lading mag niet uit de robot vallen tijdens de rit. Bij de start moet de robot op een van de rode cirkels worden geplaatst. Website specificaties De volgende documenten moeten op de website terug te vinden zijn: Samenwerkingscontract Voortgangsrapportage met daarin: Realisatie (Terugblik afgelopen planning) Planning Urenverantwoording Aantekeningen + samenvatting workshop (indien van toepassing) Onvoorziene omstandigheden Peerfeedback Risk Log Zelfevaluaties op de 2 te toetsen Onderzoeksverslag Offerte Ontwerpen Testplan Testrapport Programmeer code Link naar GitHub repository Pagina 4

7 Ontwerpvoorstel Keuze onderdelen Zie bijlage 1 voor uitgebreid verslag onderzochten sensoren,. Chassis Alle onderdelen worden aan het chassis bevestigd, zodat alles bij elkaar blijft in het doolhof. Dit chassis lijkt op een chassis van een auto. Het wordt gemaakt kunstof, dit is licht en flexibel. De onderdelen zijn niet zo zwaar en een kunstof zou dit moeten houden. Een ander materiaal zou metaal kunnen zijn, dit is zwaar en stevig. De voortbeweging is minder efficiënt door het gewicht en na onze mening is dit belangrijker dat de stevigheid. Microcontroller Arduino Wij maken gebruik van een arduino UNO, deze heeft genoeg poorten voor onze robot en is qua prijs goedkoper dan andere arduinos. Ook het programmeren hiervan is gemakkelijker dan andere microcontrollers. Stroomvoorziening Batterij We maken gebruik van een batterijhouder met 5 aa batterijen van 1,5 V deze voltage heeft de arduino nodig om goed te kunnen functioneren. Opslag Bakje Er wordt een bakje op de robot gemonteerd, deze is uitbreidbaar waardoor het mogelijk is om later nog meer dan 5 blokjes te kunnen vervoeren. Pagina 5

8 Detecteren objecten doolhof Muren Bij beide ontwerpen hebben wij ervoor gekozen om met twee ultrasone sensoren de muren te herkennen. Ultrasone sensor heeft de eigenschap van snel en nauwkeurig meten, enige nadeel is dat het moeite heeft met het meten op een voorwerp met een hoog absorptievermogen. De muren in het project hebben geen hoog absorptievermogen, dus ideaal in deze situatie. Een andere optie voor de afstand meten tot een muur was een infrarode sensor, helaas hebben de muren spiegelende eigenschappen waardoor een infrarode sensor niet goed werkt. Negatieve muur Een negatieve muur moet gemeten worden voordat de robot problemen ondervindt van de negatieve muur. Hierdoor kan de sensor(zowel ultrasonisch als infrarood) niet vanaf de robot gericht worden op de grond of gebruik worden gemaakt van een hisker. De sensor gaat dus via een hoek op de grond staan. Hierdoor kan er niet gebruik worden gemaakt van een ultrasone sensor, deze is niet nauwkeurig als het schuin op een grond staat. Een oplossing hiervoor is een infrarode sensor, deze werkt wel via een schuine hoek en doordat de grond niet uit spiegelende materialen bestaat meet deze erg nauwkeurig. Rode stip De rode stip hoeft alleen bereikt te worden, deze hoeft niet gezien te worden. Ook zal hij dicht bij een muur zitten, doordat we gebruik maken van een algoritme dat muren volgt. Definitieve totaal sensors Voor beide technische ontwerpen wordt gebruik gemaakt van 2 ultrasone sensoren en een infrarode sensor. Waarvan de infrarode dus naar de grond wijst. De robot heeft eigenlijk zicht nodig op de voorkant en de zijkanten. Om dit te realiseren zetten we een ultrasone sensor vast die 90 graden op het chassis staat en richting de voorkant wijst. Nu moet de andere ultrasone sensor naar de twee zijkanten kunnen wijzen. Dit doen wij door middel van een kleine servo, waarop we de ultrasone sensor monteren. Hierdoor hebben we een ultrasone sensor die 180 graden kan draaien, waardoor die beide zijkanten kan observeren. Pagina 6

9 Voortbewegen Rijden Waarom vliegen we niet? Het project is gebaseerd op een doolhof scenario waarbij een auto autonoom moet kunnen navigeren door het doolhof. Omdat wij Het doolhof heeft vele obstakels en gevaren voor een autonoom rijdende robot. Afwijkende muren heuvels en in sommige gevallen ook nog negatieve muren(gaten). Om op een goede manier het doolhof te doorlopen zijn er stabiele maar ook snelle motoren vereist. Omdat de opdrachtgever voorkeur heeft voor 2 merken: Paralax of Fischertechnik hebben wij deze ook opgenomen in onze twee ontwerpen. Het ene ontwerp gebruikt stepper motoren en het andere ontwerp maakt gebruik van parallax. Stepper motor(ontwerp 1) Een van de voorkeuren van de opdrachtgever was fischertechnik en deze motoren hebben scherpere balans dan de parallax variant. Deze gecontroleerde motor is betrouwbaarder dan die van parallax maar het nadeel is dat je er niet veel snelheid meer kan produceren waardoor de robot in tijdnood zou kunnen komen voor de challenge. Op programmeer gebied is de stepper ook moeilijker dan de parallax. De stepper heeft veel meer code en aansturing commands nodig om vooruit of achteruit te bewegen dan de parallax servo. Parallax motor(ontwerp 2) De parallax motor is een mooi exemplaar die aardig wat snelheid kan opleveren. Het nadeel van deze motoren is alleen dat hij een korte tijd soms stopt of langzamer gaat lopen. Dit kan ervoor zorgen dat de robot na bepaalde tijd niet meer recht rijd maar schuin gaat rijden. Het risico hiervan is dat hij tegen een muur vast zou lopen wanneer je niet bijstuurt in de code of zelf ingrijpt. Buiten de afwijking om is het wel een goede keuze omdat de afwijking in de code is bij te stellen. De voorkeur voor parallax zou vooral zijn omdat wij met een tijdslimiet zitten met de challenge. Pagina 7

10 Ontwerp 1 Onderdelen lijst 1 Voor het eerste ontwerp hebben wij de volgende onderdelen gebruikt: 2 x Stepper motor Infrarood sensor 2 x Ultrasone sensor Batterij(AA) Arduino Micro servo ULN2603A Pagina 8

11 Ontwerp 2 Onderdelen lijst 2 Voor het tweede ontwerp hebben wij de volgende onderdelen gebruikt: 2x Standard servo motor Infrarood sensor 2x Ultrasone sensor Batterij(AA) Arduino Micro servo Klein breadboard Pagina 9

12 Bijlage 1: Sensoren onderzoek Voorwoord Dit verslag betreft een klein onderzoek naar verschillende sensoren die gebruikt kunnen worden op de project robot. In het verslag zal van iedere sensor 2 varianten(modellen) beschreven zijn om verschillende mogelijkheden te bieden voor de klant om een keuze uit te maken. Pagina 10

13 Ultrasoon sensor Deze ultrasoon sensor is van het model US-015, deze sensor kan voornamelijk gebruikt worden om de robot vooruit te laten kijken. Voordeel Het model kan kort tot aanzienlijk verre afstanden scannen Niet te veel kabels voor aansluiting Nadeel Staat stationair en kijkt maar 1 richting uit Link: Prijs Levertijd Specs 3, werkdagen 2cm t/m 400cm Pagina 11

14 Ultrasoon 2 Deze ultrasoon sensor is van het model: HC-SR04, net als de vorige sensor kan hij gebruikt worden om vooruit te kijken en een afstand te meten. Voordeel Het model kan kort tot aanzienlijk verre afstanden scannen Niet te veel kabels voor aansluiting Nadeel Is alleen niet nauwkeurig als de ultrasone signalen een voorwerp met een hoek van ongeveer 90 graden. Link: #.WE7RnubhBPY Prijs Levertijd Specs 1, werkdagen 2cm t/m 400cm Pagina 12

15 Infrared sensors De infrarood sensor weerkaatst zijn signaal tegen objecten om vast te stellen hoe ver hij er vandaan is. Hij geeft een analoge voltage terug die word gebruikt om de afstand te bepalen. Het model van deze infrarood sensor is GP2Y0A21YK0F. De aansluiting is relatief simpel, een kabel voor de ground 1 voor de 5 volt en 1 voor de analoge pin. Deze infrarood sensor is nauwkeurig tot 80 cm afstand, als je verder dan 1 meter moet dan is het handiger om sonar te gebruiken. Link: KdUevxf2osPhSorfHNoVH438-uKgRJL_rhFoaAkyh8P8HAQ Voordelen Deze infrarood sensor is nauwkeurig tot 80 cm afstand Makkelijke aansluiting Nadelen Aluminium folie is riskant wanneer erop gericht (geeft fluctuerende/onstabiele waarden) Optioneel: Deze sensor is te gebruiken om valkuilen te ontwijken. Prijs Levertijd Specs 9,99 1 dag 10-80cm bereik Pagina 13

16 Infrared 2 Deze infrarood sensor is van het model TCRT5000, hij is goedkoper dan de vorige sensor maar heeft ook minder bereik. Dit model is te gebruiken voor het voorkomen van vallen in kuilen gedurende de rit in het doolhof van de robot. Link: Prijs Levertijd Specs 1, werkdagen 1mm t/m 10cm Voordeel Nauwkeurig op korte afstanden Goed voor gracht ontwijken Compact & klein Nadeel Kan onbetrouwbaar worden bij weerkaatsing met aluminiumfolie Kort bereik Pagina 14

17 Microswitch (whisker) Tot slot willen wij een micro switch gebruiken voor het anticiperen van een mogelijke afgrond waar de robot in zou kunnen rijden. De micro switch is een sensor die terug word geduwt om contact te verbreken. De switch maakt contact wanneer er geen druk meer op staat. Zodra deze druk wegvalt zal de steel het stroomcircuit aanraken en dit is af te lezen door de arduino. Op deze manier als je hem voor de robot monteert zou de druk wegvallen als er geen vloer meer is en de robot een commando kunnen krijgen om te stoppen. Voordeel niet snel te beïnvloeden door veranderend parkour materiaal betrouwbaar wanneer hij een valkuil passeert Multifunctioneel, kan als bumper gebruikt worden (whisker) Nadeel zou kunnen vasthaken bij roteren na openvouwen bij een gat Vertraging mogelijk door druk/schrapen bodem doolhof Link: Prijs Levertijd Specs 6,79(incl.verz) 1-10 werkdagen Geeft signaal wanneer contact met object verbroken wordt. Pagina 15