Mobilszerkezetek mechatronikája

Mobilszerkezetek mechatronikája A közeljövő új navigációs rendszerei

Ütközés-megelőzés

Kocsi követés

Automatikus parkolás

Ütközés-megelőzés

Az adaptív menetvezérlés (ACC – egyik alapvető feltétele a jármű megfelelő szenzorokkal való ellátása (lézeres Adaptive Cruise Control)

távolságmérő, radaros sebességmérés két jármű között, érzékelés).

A mérések alapján, amennyiben két jármű közti távolság kisebb, mint egy előre beállított érték, a rendszer a fedélzeti számítógépen keresztül (általában maximális lassítással), működésbe hozza a fékeket, és egész addig működteti, míg a két jármű között vissza nem áll a kívánt min. köv. távolság. Ugyanez fennáll fordítva is, ha túl nagy a követési távolság, csak itt nem a maximumra növeli a sebességet, hanem a tempomat által beállított értékre illetve, ha ez nincs, akkor a megengedett maximumra. Első ilyen kísérletek : 1998 – Toyota, lézeres rendszer, majd a Nissan folytatta, radaros rendszerrel, utána Jaguar XKR Coupe,

Radar vs. Lidar rendszer Radar: - drágább, pontosabb = tisztán kell tartani a kocsi kaszniját a radar előtt (hó, sár, elnyeli, köd gyengíti a radar sugarakat) -Kb 150m-re „látnak” előre ködben illetve esőzésben

-Feladat: Az előttünk haladó jármű relatív pozíciójának (hozzánk képesti távolság) illetve sebességének megállapítása. -Működés: -Mercedes – 3 radarsugár, gyors egymás utáni kapcsolgatásával szkenneli az előttünk lévő terepet. A sugarak elég szélesek ahhoz, hogy egymással átfedésben legyenek. 12 fokos látószöggel dolgoznak, -Nincs mozgó rész, olcsó, de kicsi a felbontás, széles sugarak – kisebb vevő antenna is elég. -Drágább de pontosabb, mikor mechanikus forgófejjel mozgatjuk a levékonyított radar-sugarat. Itt a radar látószögét (ami itt is 12 fokos) még további 64/128 pontra lehet felosztani. -A vékonyított sugarak viszont szélesebb vevőantennát igényelnek, és a nagy felbontás miatt komolyabb feldolgozást. -A radarok általában mm-s hullámhosszal (cca 76 GHz) dolgoznak.

Radar vs. Lidar rendszer Lidar:

Lézer:

- olcsóbb, könnyebb összeállítani

- drága, pontos

= gyenge a jel esőben illetve havazásban (esőben, hóban

= gyenge a jel esőben illetve havazásban (Lexus – a rendszer

elvékonyodnak a fénysugarak, sok zavarást összeszednek)

lekapcsolja magát, amennyiben a jelerősség nem megfelelő)

Mivel könnyebb a kocsit tisztán tartani, mint az időjárást befolyásolni, így elterjedtebbek a radar rendszerek (talán egyedül a Lexus használ még lézeres rendszert – ami lekapcsol, ha rossz a jel.)

A megoldás az egyes rendszerek –érzékelők- fúziója! Egy ilyen fúzió eredménye lett az ACC továbbfejlesztett változata a CACC (Cooperative Adaptive Cruise Control), ami valójában együttműködő (kooperáló) menetvezérlés, vagyis a két (vagy több) egymást követő jármű, amennyiben kommunikál egymás közt, tudják szabályozni egymás sebességét úgy, hogy az ütközés elkerülhető legyen. (Ha a rendszer a kutatások alapján működhetne, megengedne 2 kocsi között ½ mp-es követési távolságot 100km/h sebességnél (ez kevesebb, mint 14m) ! – GYORS REAKCIÓIDŐ!)

Egy szenzor-fúzióval felszerelt jármű

A jármű a sztereo kamera által kapott képadatokat „fuzionálja” a radar által mért adatokkal, majd az eredményt továbbítja a fedélzeti számítógépnek, amely egyenes kapcsolatban áll a gázzal, fékkel és a műszerfallal.

Kocsi követés

Feladat: az előttünk haladó jármű biztonságos követése. Módszer: A követő kocsi radarral és sztereo kamerával van ellátva (a két kamera a visszapillantó tükrökben két oldalt). Általában a kameraképből megkapjuk az előttünk haladó jármű szélességét, (a kamerák él-detekálással dolgoznak. Az egymástól túl nagy távolságra lévő éleket –hidak korlátai, útszéli szalagkorlátok, hídlábak- ignorálva vannak =képfeldolgozási eljárás) míg a radar

adataiból a távolságot és a sebességet. Ezeknek az adatoknak a fúziójából az ívek (kamera látószög-íve, illetve a radar látószög-íve) mentén haladó járművekkel kapcsolatosan képesek vagyunk tartani a biztonságos követő-távolságot.

Automatikus manőverezés - mobilrobottal A megépített mobilrobot és matematikai modellje

Méretek: B=16 [cm], L=14 [cm], r= 2 [cm]

Feladatok: 1. Parkolóhely keresés

2. Pályatervezés

3. Parkolási manőver végrehajtása

Pozícióbecslés: x  s. cos  y  s. sin    

A differenciálhajtású jármű kinematikai modelljei:

dx  ds. cos 1 dy  ds. sin 1 r d  (d r  d l ) l r ds  (d r  dl ) 2

végül : 1   0  d x1  x0  dx y1  y0  dy

Ahol:

r ( r  l ) 2 r   (r  l ) l s 

Parkolóhely keresés: A parkolási feladat végrehajtásához szükség van a járművet körülvevő objektumok valamilyen reprezentációjára, (geometriai térkép) amely alapján eldönthető, hogy van-e megfelelő parkolóhely a mobilrobot környezetében. Ennek megvalósítására a robot rendelkezik egy fixen beépített, oldalra néző távolságmérő szenzorral. Ha adott időpillanatban ismert a jármű pozíciója és orientációja egy rögzített koordinátarendszerben, akkor a radar mérési adatai alapján minden mintavételi időpontban kiszámíthatók a szenzorhoz legközelebb lévő felület koordinátái. Ezeket az adatokat rögzítve egy megfelelő méretű térképen, már elvégezhetjük az esetleges parkolóhelyek keresését. A térkép megfeleltethető egy foglaltsági mátrixnak, amelynek minden egyes eleme egy elemi területet reprezentál. A visszaverődések helyei a bináris mátrixban a megfelelő indexű elemek értékének ’1’- esre állításával jelezhetők, tehát az üres elemi cellákat a ’0’ érték jelzi.

A keresésnek természetesen csak akkor van értelme, ha megfelelő helyen keresünk, ebben az esetben a jármű jobb oldalán, a haladási iránnyal párhuzamosan (a rendszert kisebb átalakítással fel lehetne készíteni másmilyen parkolási manőver végrehajtására is pl.: haladási irányra merőleges, vagy átlós parkolás). Ehhez először fel kell ismerni a parkoló autók oldalát, vagy a parkolóhely szélét jelző vonalat, amit a továbbiakban domináns egyenesnek nevezünk. Ennek mentén kell keresni a parkolásra alkalmas helyet. A domináns egyenes felismerésére a szakirodalomból ismert Hough transzformáció ajánlott.

HOUGH transzformáció: A Hough transzformációt a képfeldolgozásban széles körben alkalmazzák alakzatok keresésére, ebben a fejezetben azonban csak egyenesek kereséséről lesz szó. Az egyenesnek számos reprezentációja létezik, ezek közül a Hesse-féle normál alakos leírás előnye, hogy segítségével a függőleges egyenesek is leírhatók:

  x. cos   y. sin  ahol ρ az egyenes és az origó, míg θ az origóból az egyenesre bocsátott merőleges szakasz és a vízszintes tengely által bezárt szög. Ezek alapján a hagyományos Descartes koordinátarendszerben egy egyenes megfeleltethető a (ρ,θ) koordinátarendszerben (paraméter-tér) egy pontnak.

Pályatervezés A pályatervezés során az alapvető feladat, hogy a kiindulópontban a rendszert jellemző kezdeti konfigurációból c0=[x0 y0 0]T eljuttassuk azt a célkonfigurációba, cg=[xg yg g]T a járműmodellből adódó kinematikai megkötések figyelembe vételével. A pálya a REEDS – SHEPP algoritmus alapján, geometriai primitívágból lesz összerakva (ebben az esetben csak egyenes és ív). Egyenes: xg=l.cos0+x0, yg=l.sin0+y0; ahol a 0=g, vagyis az orientáció konstans Ív: A jármű adott sugarú (R) körön halad, ahol a pálya görbületi íve: K0=1/R; és g=0+

Pályatervezés összetettebb pálya esetében Amennyiben nem sikerül a kívánt célpozíciót elérnem 2 ív és egy egyenes segítségével, akkor a pályát fázisokra oszthatom (esetemben 2 fázisra) egy közbülső célkoordináta kijelölésével (xk, yk). HÁZI FELADAT: Írja le az ábrán látható pályát, az eddig tanultak alapján.