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Aktuelles » Projekt: Autonomes Fahren mit Arduino
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Die Projektaufgabe besteht darin, die Entwicklung eines Demonstrators für das autonome Fahren in Form eines miniaturisierten Modells zu realisieren. Der Demonstrator soll nicht den vollen Funktionsumfang eines autonomen Fahrzeugs für den Straßenverkehr abbilden. Er soll dazu dienen, Interessenten die exemplarische Erfassung und Verarbeitung von Umgebungsinformationen, sowie die daraus resultierende Steuerung des Fahrzeugs zu präsentieren. [Wulf,Nielsen,Polupan]

Hier ein Auszug aus den Projektdokumentationen:

Maximilian Wagner, Jonas Maximilian Selandt, Miguel Gerlach-Goslar:

Wir haben uns zur Realisierung der Steuerung mit einen Microcontroller für einen Arduino Uno R3 entschieden. Die Software wird dementsprechend in Arduino C++ realisiert.

Das Chassie wird komplett im CAD-Programm Fusion360 gezeichnet und im 3D-Drucker Ultimaker 3, welcher von der Werner-von-Siemens-Schule zur Verfügung gestellt wird, gedruckt.

Als Antrieb wird der bereitgestellte Elektromotor Motraxx 2025-30 verwendet, welcher durch ein Zahnradgetriebe die Hinterachse in Bewegung setzt. Die Ansteuerung und Regelung des Elektromotors mit PWM durch den Arduino wird per Motortreiber WB291111 durchgeführt.

Luca Hoppe, Jonas Burgdorf, Pascal Kadolsky:

Technologieschema

 

Dominik Wulf, Nicolas Nielsen, Aleksej Polupan:

Zu Beginn unseres Projekts haben wir uns ausführlich mit dem Design des Fahrzeugs beschäftigt. Das äußere Erscheinungsbild entspricht dem des BMW GTR. Die STL Datei stammt aus einem Computerspiel und wurde im Mash-Mixer bearbeitet, skaliert und geschnitten.

Im Folgenden wurde das Modell mit einem 3-D Drucker in mehreren Teilen ausgedruckt und zusammengefügt. Die Druckzeit des Autos betrug ungefähr 100 Stunden. Die Karosse des Modells wurde in mehreren Arbeitsschritten ausgefräst, an die vorhandenen Bauteile angepasst und anschließend grundiert und mit 15 Lackschichten lackiert. Nach Fertigstellung der Rohkarosse fand die Technik Einzug in das Modell.

Erster Arbeitsschritt war die Montage der vier einzeln angetriebenen Räder inklusive Getriebe und Motor. Zudem wurde die Bodenplatte verstärkt und komplett verschraubt.

Die Ansteuerung erfolgt über einen Arduino UNO in Verbindung mit einem Motor Shield. Zur Ermittlung der Entfernung zwischen Fahrzeug und Hindernis kommt ein Ultraschallsensor zum Einsatz. Die Spannungsversorgung haben wir durch zwei 18650 Lithium Akkus mit einer Betriebsspannung von insgesamt 7,2 Volt und 1500mAh realisiert.

Das Programm, welches das Fahrzeug steuert, ermittelt über den Ultraschallsensor (HC-SR04) den Abstand zum Hindernis und lenkt automatisch um 180° indem sich die Drehrichtung der jeweils außen liegenden Radpaare ändert. In welche Richtung abgebogen wird, zeigt das Fahrzeug durch ein Blinksignal. Diese variiert je nach Abstand zum Hindernis und ist an die Länge des Autos angepasst.

Da der gewählte Ultraschallsensor über bauartbedingte Ungenauigkeiten verfügt, wurden mehrere Cases in das Programm integriert, so dass das Auto trotzdem abbiegt auch wenn ein Hindernis nicht beim ersten Versuch erkannt wird.

Durch den immer stärker werdenden Straßenverkehr war uns eine gute Sichtbarkeit auch im Dunkeln besonders wichtig. LED Frontscheinwerfer bringen Licht ins Dunkle. Zusätzlich sind LED Bremsleuchten und Blinker montiert. Eine Rundumbeleuchtung des BMW erfolgt durch insgesamt 26 Neopixel LED`s die am Unterboden des Models angebracht sind. Diese können separat hinzugeschaltet werden, um eine Behinderung des Straßenverkehrs zu vermeiden.

Nach den ersten erfolgreichen Testfahrten fand die Hochzeit des Chassis und der Karosserie statt. Die Radkästen wurden erneut bearbeitet, um eine ausgezeichnete Passgenauigkeit in Verbindung mit den Rädern sicherzustellen.

Das Programm zur Steuerung des Fahrzeugs wurde fortlaufend optimiert, um eine sichere und reibungslose Fahrt zu gewährleisten.

Fabian Bogatzki, Eyleen Nelke, Marvin Rollwage, Pascal Thouet:

Am 08.01.2019 starteten wir unser Projekt mit einem Kick-Off.

In dieser Phase wurden alle generellen Fragen zum Projekt geklärt. In Absprache mit dem gesamten Team, war schnell klar, in welcher Form wir das Projekt umsetzen wollen. Der Vorschlag, das Auto aus Lego-Technic zu bauen, wurde nach kurzer Überlegung angenommen. Nachdem wir die Unklarheiten mit dem Kunden geklärt hatten, ging es für uns an die Umsetzung.

Das Team teilte die Aufgaben untereinander auf. Fabian übernahm dabei die Aufgabe des Zusammenbauens und deren Übersetzung. Aufgrund seiner Stärken im Bereich des Programmierens übernahm Marvin die Aufgabe, das Programm zu erarbeiten und sich um die Stromlaufpläne bzw. die Verkabelung zu kümmern. Pascal und Eyleen sind für die Dokumentation verantwortlich, wobei bei Pascal der Schwerpunkt auf dem Testprotokoll liegt.

Zum Anfang jeder Unterrichtsstunde führten wir ein kleines Breefing durch, in dem wir uns auf den aktuellen Stand der Teilprojekte brachten. Aufgedeckte Probleme wurden anschließend in dem kleinen Meeting besprochen und eine Lösung ausgearbeitet.

Das Programm hatte Marvin schnell geschrieben, sodass wir es an unserem Modell ausprobieren konnten. Dabei bekamen wir Probleme mit der Übersetzung von dem Motor auf unser Fahrzeug. Dieses Problem war jedoch schnell behoben, weil wir unser erlerntes Wissen aus einem anderen Unterrichtsfach mit einbringen konnten. In Kooperation mit einem anderen Unternehmen haben wir eine Lösung mit einem 3D-Druck Zahnrad gefunden.

Als unser Fahrzeug nach einigen Fehlversuchen, dann aus eigener Kraft fuhr, teilten wir die restlichen Teile der Dokumentation noch untereinander auf, um als Team ein gutes Ergebnis zu erzielen.

Abschließend ist zu sagen, dass das Projekt erfolgreich ablief und wir das Auto mit den vorgegebenen Zielen und Anforderungen fertig gestellt haben.

 

Tobias Göddeker, Moritz Ilauski, Philipp Prenger:

Nach weiterer Absprache mit unserem Kunden Herrn Tobias Kirchner haben wir uns gegen einen zweiten Ultraschallsensor entschieden. Um den reibungslosen Richtungswechsel dennoch garantieren zu können, haben wir uns dazu entschlossen einen Motor mit einer Schrittzählung einzubauen. […]

Der ausgewählte Encoder Motor war für unsere Projektumsetzung besonders interessant, da mit ihm eine Umsetzung des Projektauftrags auch ohne zweiten Ultraschallsensor möglich war. […]

Da unser Motor die Kraft auf die Achse mithilfe eines Riemens überträgt, haben wir die Motoraufhängung höhenverstellbar entworfen, damit verschiedene Riemengrößen und Übersetzungsverhältnisse genutzt werden können. Alle Komponenten des Chassis wurden speziell von der GPI-Company konstruiert und mit Hilfe eines 3D-Druckers realisiert. Die gesamte Druckzeit dieser Komponenten belief sich auf ca. 3 Stunden. […]

Da alles tadellos funktionierte, aber unser Entwicklergeist geweckt wurde, erweiterten wir das Programm etwas. Wir überlegten uns von welchen Funktionen ein möglicher Kunde begeistert sein könnte und die Idee eines automatischen Zurückfindens an die Ausgangsposition schien sehr interessant. Diese Idee konnte ebenfalls mit Hilfe des Encoder-Motors realisiert werden.  

Allen Beteiligten schien dieses Projekt sehr viel Spaß gemacht zu haben. Auch die Probefahrten in der Schule waren dann amüsant. Und natürlich war Herr Kirchner von den Ergebnissen sehr begeistert.

 

[gök]

Termine

26.11.2019
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Schriftliche IHK-Prüfung im Haus

04.12.2019
Schulvorstandssitzung

09.12.2019 - 10.12.2019
Gesellenprüfung SHK

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