Carolo Cup 2010

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TEAM

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Team GalaXIs presenting their concept of an autonomous model car at the Germany-wide Carolo-Cup 2010.

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TEAM

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Team GalaXIs

Lehrstuhl für Informatik 11

Software für eingebettete Systeme

RWTH Aachen

Prof. Dr.-Ing. Stefan Kowalewski

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Team GalaXIs

Yves Duhr 9. Semester Dipl. Informatik

Philipp Fischer 1. Semester M. Sc. Informatik

Stefan Kockelkoren 10. Semester Dipl. Informatik

Julian Krenge 9. Sem. Dipl. Inform & 4. Sem. MBA

Matthias May 5. Semester Informatik B. Sc.

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Projektmanagement

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Gliederung

1. Technischer Aufbau

2. Spurerkennung

3. Spurführung

4. Ausweichalgorithmus

5. Einparkkonzept

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Technischer Aufbau

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Konstruktion

Ultraschallsensoren

Infrarotsensor

Kompass

Kamera

Blackfin

ATmegas

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Architektur

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I2C

I2C

32 MB SDRAM

Kamera OV7725 60 fps

Atmega 16 control

Blackfin BF537 DSP 500 MHz

Atmega 16 measure

CAN

RC

Buttons

H-Bridge Servo Rad-

encoder

Kompass

USS li. USS re. USS hi. Infrarot

Motor

PWM

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Hardwarekomponenten

Blackfin BF537 mit OV7725 Kamera 380 €

ATmegas für einfache Operationen 3 €

Kyosho TF-5 Chassis 269 €

3x Ultraschall für Heck- und Frontabstand 120 €

1x Infrarot für Seitenabstand 40 €

Fertigungskosten 54 €

Gesamt 866 €

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Energieverbrauch

Blackfin mit Kamera 160 mA

Sensoren und ATmegas 290 mA

Motor (unter Last) ca. 4000 mA

Lenkservo ca. 1000 mA

Gesamt 5450 mA

Energieeffizientes Konzept

Deaktivierung nicht benötigter Module

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Spurerkennung

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Spurerkennung

1. Aufnahme des Bildes

2. Radiale Entzerrung

3. Kantenerkennung

4. Klassifikation

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Aufnahme Radiale

Entzerrung Kanten-

erkennung Klassifikation

• 160x120 Pixel

• Graustufen (8bit)

• 60 Bilder pro Sekunde

• Weitwinkelobjektiv

• Höhere Auflösung

• 24/32bit Farbraum

• Mehrere Kameras

Alternativen

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Aufnahme Radiale

Entzerrung Kanten-

erkennung Klassifikation

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Aufnahme Radiale

Entzerrung Kanten-

erkennung Klassifikation

• Zielbild: 200x95 Pixel

• Brown‘s distortion model

• Korrektur zweiten Grades

• Keine Formatanpassung

•Höherer/geringerer Grad

Alternativen

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xy

u=

xy

d+

xy

d−

xy

c∗ K1r

2 + K2r4

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Aufnahme Radiale

Entzerrung Kanten-

erkennung Klassifikation

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Aufnahme Radiale

Entzerrung Kanten-

erkennung Klassifikation

• Optimiert auf

Wettbewerbsbedingungen

• Prewitt-Operator

• X- und Y-Richtung

• Segmente erstellen

und zu Linien verbinden

• Sobel-Operator/Hough

• Nur X-Richtung

Alternativen

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Page 18: Carolo Cup 2010

Aufnahme Radiale

Entzerrung Kanten-

erkennung Klassifikation

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Page 19: Carolo Cup 2010

Aufnahme Radiale

Entzerrung Kanten-

erkennung Klassifikation

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Aufnahme Radiale

Entzerrung Kanten-

erkennung Klassifikation

• Homogene Koordinaten

• Transformationsmatrix durch 4 Referenzpunkte in Testumgebung berechnet

• Matrix invertierbar (Bidirektionalität) x

y

11 12 13

21 22 23

31 32 33

'

'

1

x a a a x

y a a a y

w a a a

20

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Aufnahme Radiale

Entzerrung Kanten-

erkennung Klassifikation

• Szenarioanalyse (LMR)

• Lage der Linien im Bild

• Lage der Linien zueinander

• Länge der Linien

• Plausibilität (nicht kreuzen)

• Charaketristika (Mittelinie)

• Statische Analyse

Alternativen

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Aufnahme Radiale

Entzerrung Kanten-

erkennung Klassifikation

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Page 23: Carolo Cup 2010

Bewertung von Alternativen

Alternativen: Planung und Gedächtnis oder künstliche Intelligenz

• Mehr Rechenleistung nötig

Kosten, Energiebedarf, Instabilität

• Geringere Beherrschbarkeit und

Vorhersagbarkeit ( Fehlersuche)

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Spurführung

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Bestimmung der Fahrspuren

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Berechnung des Lenkeinschlags

Erreichen optimaler Position in der Mitte der Spur

α

r d

δ

r =d2 + δ2

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Berechnung des Lenkeinschlags

Zuordnung von Abweichung zu Lenkeinschlag

Approximation durch quadratische Parabel

1000

1100

1200

1300

1400

1500

1600

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Stee

rin

g V

alu

e

Horizontal Steering Point Offset

Sin

1-(x-1)^2

20*x

Delta toSteerval

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Regelung

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• PID-Regler

• Schwingungsverfahren nach

Ziegler/Nichols

1. Einstellen als P-Regler

2. Ermittlung der Eigenfrequenz

3. Aus Periodendauer bestimmen

sich I- und D-Anteil

• P-/PI-Regler

• Parameter aus

Regelstrecke ableiten

• Andere

Einstellverfahren

Alternativen

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Ausweich-

algorithmus

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Situationsanalyse

• Erkennung

• Objekte durch Sensorfusion • Stopplinie durch Kamera

• Lokalisation

• Spurzuordnung von Objekte • Unterscheidung Start- und Stopplinie

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Überholen und Vorfahrt

• Hindernis

• Verlegen der Sollspur • Geregelter Spurwechsel • Angepasste Geschwindigkeit

• Kreuzung

• Dynamisches Anhalten • Vorfahrtsregeln durch Objekterkennung • Jeder Sensor ist hinreichend

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Einparken

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Erkennen der Lücke

• Kameragestützte Erkennung vor Vorbeifahrt (± 2cm)

• Infrarot und Distanzmesser (± 1cm)

• Planung der Halteposition

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Einparkvorgang

• Halt bei festgelegter Ausgangsposition

• Abfahrt statischer Trajektorie

• Maximaler Lenkeinschlag

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0P

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Stetige Kontrolle

• Front: Kamera, Ultraschall (± 1cm)

• Heck: Ultraschall, gespeicherte Position (± 1cm)

• Seite: Infrarot (± 1cm)

• Ausrichtung: Kompass (± 1°)

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m

Vielen Dank für Ihre

Aufmerksamkeit